RU2127004C1

RU2127004C1 - Spent nuclear fuel storage box

Info

Publication number: RU2127004C1
Application number: RU97114242A
Authority: RU
Inventors: Л.В. Шмаков; В.П. Московский; О.Г. Черников; Л.А. Белянин; А.Н. Комов; М.И. Орлов
Original assignee: Государственное предприятие "Ленинградская атомная электростанция им.В.И.Ленина"
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 1999-02-27

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: box has case with bottom; case is proposed to be made of concentric insulating and carrying shells; insulating shell is to be made of shock-proof material or glass- reinforced fabric with epoxy binder. This will prevent depressurization and, consequently, corrosion of box structural materials within entire period of storage in cooling pond. EFFECT: improved environmental friendliness of nuclear power plants. 4 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в хранилищах отработанного ядерного топлива (ХОЯТ) как для хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), так и для работ по радиационной технологии. The invention relates to the field of nuclear energy and can be used in storage facilities for spent nuclear fuel (SNF) both for storage of spent nuclear fuel (SNF) and for work on radiation technology.

Транспортирование и хранение ОЯТ производится в пеналах. Необходимость использования пеналов продиктована условиями защиты топливных сборок от механических повреждений при их транспортировании и в процессе хранения. Пеналы являются также средством защиты днища бассейна при возможном падении топливной сборки. В настоящее время в стране нет средств для создания всей инфраструктуры по длительному хранению ОЯТ в контейнерах. Стоимость контейнеров для транспортирования и хранения, оборудования для разделки тепловыделяющих сборок (ТВС) с ОЯТ очень велика, само транспортирование к месту переработки или хранения также дорого. Конструкции контейнеров для транспортировки и хранения ОЯТ еще только разрабатываются, а ХОЯТ имеются на станциях. Таким образом, увеличение вместимости имеющихся водных ХОЯТ при АЭС является общенациональной проблемой. Однако реализация изобретений сдерживается предельно допустимыми нагрузками на балки перекрытий и дно бассейна ХОЯТ и требованиями по поддержанию водно-химического режима. Поэтому снижение веса пеналов, повышение их надежности и экологической безопасности позволит на ближайшие 15 - 20 лет решить проблему хранения ОЯТ вблизи от АЭС при минимальных затратах без разделки, транспортировки, изготовления контейнеров, с использованием уже отработанной технологии, конструкций ХОЯТ и пеналов. Известны пеналы для хранения ОЯТ [1]. Пенал представляет собой корпус с герметичными стенками и дном. Внутри пенала размещено ОЯТ. SNF transportation and storage is carried out in canisters. The need to use canisters is dictated by the conditions for protecting fuel assemblies from mechanical damage during transportation and during storage. Cases are also a means of protecting the bottom of the pool in the event of a possible drop in the fuel assembly. Currently, the country does not have the means to create the entire infrastructure for the long-term storage of spent nuclear fuel in containers. The cost of containers for transportation and storage, equipment for cutting fuel assemblies (fuel assemblies) with SNF is very high, transportation to the place of processing or storage is also expensive. Container designs for SNF transportation and storage are still being developed, and SNF are available at the stations. Thus, an increase in the capacity of available water SNF at nuclear power plants is a national problem. However, the implementation of the inventions is constrained by the maximum allowable loads on the floor beams and the bottom of the SNF pool and requirements for maintaining the water-chemical regime. Therefore, reducing the weight of the cans, increasing their reliability and environmental safety will allow for the next 15 to 20 years to solve the problem of storing spent nuclear fuel near the nuclear power plant at minimal cost without cutting, transporting, manufacturing containers, using already developed technology, design of ISF and canisters. Known cases for storage of spent nuclear fuel [1]. A pencil case is a case with sealed walls and a bottom. SNF is placed inside the canister.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является пенал для хранения отработанного ядерного топлива [2], содержащий корпус с дном. ОЯТ загружают в заполненный водой корпус пенала, закрывают крышкой. Затем пенал устанавливают в заполненный водой бассейн хранилища, где фиксируют его либо в подвешенном положении, либо устанавливают на днище бассейна. The closest analogue of the claimed technical solution is a case for storing spent nuclear fuel [2], containing a housing with a bottom. SNF is loaded into the case filled with water and closed with a lid. Then the pencil case is installed in the pool filled with water, where it is fixed either in a suspended position or installed on the bottom of the pool.

Недостатком наиболее близкого аналога является высокая металлоемкость пенала, возможность выхода радионуклидов из пенала в бассейн при коррозионных повреждениях конструкционного металла пенала. При хранении ОЯТ, окруженного циркониевой оболочкой, в стальном пенале, заполненном водой, циркониевая оболочка и стальной пенал образуют гальваническую пару, являющуюся одной из основных причин возникновения электрохимической коррозии, которая усиливается в условиях радиолиза воды пенала, облучаемой от ОЯТ. Со временем наблюдается усиление электрохимической коррозии за счет накопления продуктов, образующихся в процессе электрохимической коррозии, что приводит в ряде случаев к разрушению циркониевой оболочки и более интенсивному попаданию радиоактивных продуктов в пенал. А при нарушении герметичности пенала радиоактивные продукты попадают в воду бассейна, загрязняя ее. На очистку воды бассейна приходится затрачивать большие средства. При этом стенки бассейна также начинают усиленно корродировать, что приводит к образованию свищей. Своевременно выявить негерметичные отработанные топливные сборки (ОТВС) в процессе хранения ОТВС в пеналах бассейна не всегда удается. The disadvantage of the closest analogue is the high metal consumption of the pencil case, the ability of radionuclides to exit from the pencil box into the pool during corrosion damage to the structural metal of the pencil case. When storing spent nuclear fuel surrounded by a zirconium shell in a steel case filled with water, the zirconium shell and steel case form a galvanic pair, which is one of the main reasons for the occurrence of electrochemical corrosion, which intensifies under conditions of radiolysis of the water of the case irradiated from spent fuel. Over time, there is an increase in electrochemical corrosion due to the accumulation of products formed during electrochemical corrosion, which in some cases leads to the destruction of the zirconium shell and a more intensive penetration of radioactive products into the canister. And in case of violation of the tightness of the pencil case, radioactive products fall into the pool water, polluting it. Large amounts of money have to be spent on cleaning the pool water. At the same time, the pool walls also begin to corrode intensely, which leads to the formation of fistulas. It is not always possible to timely detect leaking spent fuel assemblies (SFA) during storage of SFA in the canisters of the pool.

Задачи, решаемые изобретением: снижение вероятности выхода радионуклидов из тепловыделяющей сборки в пенал и далее в бассейн и как следствие решается задача по повышению надежности пенала в процессе эксплуатации и экологической безопасности при хранении ОЯТ в пеналах. Другой задачей, решаемой изобретением, является снижение металлоемкости пенала. The problems solved by the invention: reducing the likelihood of radionuclides from the fuel assembly to the canister and then to the pool, and as a result, the problem of increasing the reliability of the canister during operation and environmental safety when storing spent nuclear fuel in canisters is solved. Another problem solved by the invention is to reduce the metal consumption of the pencil case.

Сущность изобретения заключается в том, что в пенале для хранения отработанного ядерного топлива, содержащем корпус с дном, предложено корпус выполнить из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек, причем изолирующую обечайку предложено выполнить из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим. В качестве уточняющих и развивающих признаков предлагается изолирующую обечайку установить внутри несущей, изолирующую обечайку скрепить с внутренней стенкой несущей обечайки. В одном из вариантов выполнения изолирующую обечайку предлагается установить снаружи несущей обечайки. По другому варианту несущую обечайку предложено выполнить в виде каркасной конструкции. The essence of the invention lies in the fact that in a pencil case for storing spent nuclear fuel containing a housing with a bottom, it is proposed that the housing be made of concentric insulating and supporting shells, and the insulating shell is proposed to be made of ceramic impact-resistant material or fiberglass with an epoxy binder. As clarifying and developing features, it is proposed to install the insulating shell inside the carrier, to fasten the insulating shell to the inner wall of the supporting shell. In one embodiment, an insulating shell is proposed to be installed outside the carrier shell. In another embodiment, the supporting shell is proposed to be performed in the form of a frame structure.

Выполнение корпуса пенала из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек надежно предохранят ОЯТ от повреждения при транспортировании и хранении. Выполнение несущей обечайки водонепроницаемой в виде каркасной конструкции, а изолирующей обечайки из керамического ударопрочного материала или из стекловолокна с эпоксидным связующим, упрочняющегося в процессе радиационного воздействия, позволит уменьшить металлоемкость пенала. Применение данных материалов для изготовления изолирующей обечайки снижает коррозионное повреждение несущей обечайки и, следовательно, повышает уровень безопасности хранения ОЯТ. Изолирующая обечайка, таким образом, препятствует образованию гальванической пары и тем самым исключает загрязнение воды пенала радионуклидами и попадание их в бассейн. Изолирующая обечайка является своеобразным барьером, препятствующим попаданию радионуклидов в бассейн, т.е. устраняется основной недостаток ближайшего аналога. Общий вес пенала при этом также снижается, т.к. снижается общая расчетная толщина стенки несущей обечайки (на величину разрушений от коррозии). Величина растягивающей нагрузки на несущую обечайку пенала из-за наличия изолирующей обечайки, выполненной, например, из стеклопластика с использованием эпоксидного связующего, незначительно. Совокупность признаков, заявленных в первом пункте формулы, кроме того, позволяет организовать периодический контроль за герметичностью циркониевых оболочек топливных сборок простым способом - путем контроля за состоянием пространства между двумя обечайками. Накопление воды в этом пространстве будет свидетельствовать о негерметичности циркониевой оболочки и/или несущей оболочки. The implementation of the body of the pencil case from concentrically located insulating and supporting shells will reliably protect the spent fuel from damage during transportation and storage. The implementation of the carrier shell is waterproof in the form of a frame structure, and the insulating shell of ceramic impact-resistant material or fiberglass with an epoxy binder, hardened during radiation exposure, will reduce the metal consumption of the pencil case. The use of these materials for the manufacture of an insulating shell reduces the corrosion damage to the supporting shell and, therefore, increases the level of safety of storage of SNF. The insulating shell, thus, prevents the formation of galvanic pairs and thereby eliminates the contamination of the water of the canister with radionuclides and their entry into the pool. The insulating shell is a kind of barrier preventing the entry of radionuclides into the pool, i.e. eliminates the main disadvantage of the closest analogue. The total weight of the pencil case also decreases, because the total estimated wall thickness of the bearing shell decreases (by the value of damage from corrosion). The magnitude of the tensile load on the carrying shell of the pencil case due to the presence of an insulating shell made, for example, of fiberglass using an epoxy binder, is negligible. The set of features stated in the first paragraph of the formula, in addition, allows you to organize periodic monitoring of the tightness of zirconium shells of fuel assemblies in a simple way - by monitoring the state of the space between the two shells. The accumulation of water in this space will indicate a leak in the zirconium shell and / or the supporting shell.

Данное техническое решение поясняется графическими материалами. На фиг. 1 изображен пенал с ОЯТ, состоящий из концентрично расположенных изолирующей и несущей обечаек; на фиг. 2 - пенал с несущей обечайкой выполненной водонепроницаемой в виде каркасной конструкции; на фиг. 3 - пенал с ОЯТ с изолирующей обечайкой установленной внутри несущей обечайки; на фиг. 4 - пенал с изолирующей обечайкой установленной снаружи несущей обечайки; на фиг. 5 - пенал с изолирующей обечайкой, скрепленной с внутренней стенкой несущей обечайки. This technical solution is illustrated by graphic materials. In FIG. 1 shows a case with spent nuclear fuel, consisting of concentrically located insulating and supporting shells; in FIG. 2 - a pencil case with a bearing shell made waterproof in the form of a frame structure; in FIG. 3 - a case with SNF with an insulating shell installed inside the supporting shell; in FIG. 4 - a pencil case with an insulating shell mounted outside the supporting shell; in FIG. 5 - a pencil case with an insulating shell fastened to the inner wall of the supporting shell.

Пенал для хранения отработанного ядерного топлива (фиг. 1, 2, 3, 4, 5) состоит из корпуса 1 с дном 2 и фланца 3 в верхней части. Корпус 1 пенала состоит из концентрично расположенных изолирующей 4 и несущей 5 обечаек. В пределах сущности, заявленной в первом пункте формулы, возможны варианты относительно размещения изолирующей 4 и несущей 5 обечаек:
- изолирующая 4 обечайка установлена внутри несущей 5 обечайки (фиг. 1);
- изолирующая 4 обечайка установлена снаружи несущей 5 обечайки (фиг. 2).The case for storing spent nuclear fuel (Fig. 1, 2, 3, 4, 5) consists of a housing 1 with a bottom 2 and a flange 3 in the upper part. The housing 1 of the pencil case consists of concentrically located insulating 4 and bearing 5 shells. Within the essence of the stated in the first paragraph of the formula, options regarding the placement of insulating 4 and bearing 5 shells are possible:
- insulating 4 shell installed inside the carrier 5 of the shell (Fig. 1);
- insulating 4 shell installed outside the supporting 5 shell (Fig. 2).

Несущая 5 обечайка может быть выполнена водонепроницаемой в виде каркасной конструкции (фиг. 5). Изолирующая 4 обечайка может быть изготовлена из керамического ударопрочного материала или из стеклоткани с эпоксидным связующим, упрочняющимся в процессе радиационного воздействия, например в процессе хранения. Возможен вариант, когда изолирующая 4 обечайка скреплена с внутренней стенкой несущей 5 обечайки (фиг. 3). The carrier 5 shell may be waterproof in the form of a frame structure (Fig. 5). The insulating shell 4 can be made of ceramic impact-resistant material or fiberglass with an epoxy binder, hardened during radiation exposure, for example during storage. It is possible that the insulating shell 4 is bonded to the inner wall of the carrier shell 5 (Fig. 3).

Работа пенала для хранения отработанного ядерного топлива (для всех вариантов исполнения пенала) проиллюстрирована на фиг. 1 - 5. Тепловыделяющую сборку 6 в зависимости от выбранного способа хранения загружают в заполненную водой или сухую (не показано) изолирующую 4 обечайку, размещенную в несущей 5 обечайке корпуса 1. Затем заполненный водой или сухой корпус 1 пенала устанавливают в заполненный водой бассейн 7 хранилища, где фиксируют пенал в подвешенном положении на фланцах 3 либо устанавливают на днище бассейна 7. The operation of the spent nuclear fuel storage case (for all cases of the execution of the case) is illustrated in FIG. 1 - 5. The fuel assembly 6, depending on the selected storage method, is loaded into a shell filled with water or a dry (not shown) insulating 4 shell located in the carrier 5 of the shell 1. Then a water-filled or dry shell 1 can be installed in the pool 7 filled with water where they fix the pencil case in a suspended position on the flanges 3 or install on the bottom of the pool 7.

Предложенное техническое решение позволит исключить разгерметизацию как следствие протекания коррозионных процессов конструкционных материалов пенала в течениe периода хранения ОЯТ в бассейне и, следовательно, повысить экологическую безопасность АЭС. Пеналы предлагаемой конструкции позволят не ужесточать требований по водно-химическому режиму хранения ОЯТ в пеналах. Предложенное техническое решение может быть использовано как при проектировании новых, так и для модернизации существующих пеналов путем установки внутрь корпуса существующего пенала изолирующей обечайки. The proposed technical solution will eliminate the depressurization as a result of the corrosion processes of the structural materials of the canister during the storage period of spent nuclear fuel in the pool and, therefore, increase the environmental safety of nuclear power plants. Cases of the proposed design will not tighten the requirements for water-chemical storage of spent nuclear fuel in canisters. The proposed technical solution can be used both in the design of new and for the modernization of existing pencil cases by installing an insulating shell inside the existing pencil case.

Источники информации
1. Острянин К.А. и др. "Хранение отработанного топлива на АЭС", сборник "Исследования в области переработки облученного топлива и обезвреживание отходов". Материалы Симпозиума стран - членов СЭВ. ЧССР, Марианске Лазне, апрель 1981 г., с. 1 127.Sources of information
1. Ostryanin K.A. and others. "Storage of spent fuel at nuclear power plants", a collection of "Studies in the field of processing of irradiated fuel and waste disposal." Materials of the Symposium of the CMEA member countries. Czechoslovakia, Marianske Lazne, April 1981, p. 1,127.

2. Патент РФ N 2034346, кл. G 21 F 9/36. 2. RF patent N 2034346, cl. G 21 F 9/36.

Claims

1. A case for storing spent nuclear fuel, comprising a housing with a bottom, characterized in that the housing is made of concentrically arranged carrier and insulating shells, the insulating shell being made of impact-resistant ceramic material or fiberglass with an epoxy binder.

2. The pencil case according to claim 1, characterized in that the insulating shell is installed inside the carrier shell.

3. The pencil case according to claim 1, characterized in that the insulating shell is installed outside the supporting shell.

4. The pencil case according to claim 1, characterized in that the supporting shell is made permeable in the form of a frame structure.