RU2364964C1

RU2364964C1 - Metal-concrete container for transportation and-or storage of spent nuclear fuel

Info

Publication number: RU2364964C1
Application number: RU2007145014/06A
Authority: RU
Inventors: Альберт Михайлович Амелин (RU); Альберт Михайлович Амелин; Владимир Владимирович Воронцов (RU); Владимир Владимирович Воронцов; Владимир Дмитриевич Гуськов (RU); Владимир Дмитриевич Гуськов; Владимир Григорьевич Долбенков (RU); Владимир Григорьевич Долбенков; Борис Иванович Зайцев (RU); Борис Иванович Зайцев; Геннадий Васильевич Коротков (RU); Геннадий Васильевич Коротков; Виталий Яковлевич Крюков (RU); Виталий Яковлевич Крюков; Александр Николаевич Сивков (RU); Александр Николаевич Сивков; Константин Борисович Ходасевич (RU); Константин Борисович Ходасевич
Original assignee: Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2009-08-20
Also published as: RU2007145014A

Abstract

FIELD: physics; nuclear.

SUBSTANCE: invention concerns containers for long dry storage and transportation of the spent nuclear fuel (SNF). The metal-concrete container contains metal internal, intermediate and external cylindrical covers with the bottoms, cavities between them are filled by the reinforced concrete. Tight overlapping of the mentioned cavities and an internal cavity of the container which is executed in a kind at least two covers, established one over another on the general metal basis and forming with the last two concentric pressure sealing contours. The armature is placed in a cavity between intermediate and external cylindrical covers. As concrete the container contains especially strong super-heavy concrete. The cavity between internal and intermediate cylindrical covers is filled by concrete of smaller density, than density of concrete by which the cavity between intermediate and external cylindrical covers is filled. Gas pipelines with collectors are established in each of cavities between cylindrical covers in concrete filling. Each collector is executed with connection possibility through the corresponding hermetic valve supplied with the device locking, with atmosphere in concrete drying at manufacturing of the container and - with external system of the analysis of the gas environment in concrete filling in storage of the container loaded with SNF. One of hermetic valves is mounted in the nest executed from an outer side in a wall of mentioned tight overlapping, and another-is placed in concrete filling of the cavity formed by intermediate and external cylindrical covers, and established from the interior of an external cylindrical cover. The container is supplied with a demountable damping ring element executed with possibility of dense coverage of an external cylindrical cover, established on the top part of the container before its loading with SNF and removed from the container for the period when the container is placed in a demountable damping casing for transportation to a nuclear waste disposal site.

EFFECT: increase of handling safety with the metal-concrete container loaded by spent nuclear fuel (SNF).

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к контейнерам для длительного сухого хранения и транспортировки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), в частности, к металлобетонным контейнерам для транспортировки и/или хранения ОЯТ ядерных реакторов типа РБМК-1000.The invention relates to containers for long-term dry storage and transportation of spent nuclear fuel (SNF), in particular, to concrete containers for transportation and / or storage of spent nuclear fuel of nuclear reactors of the RBMK-1000 type.

Известен железобетонный (металлобетонный) контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2157010 C1 (G21F 5/008, 2000 г.). Известный контейнер содержит металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены особо прочным и тяжелым бетоном, обладающим повышенными радиационно-защитными свойствами, и герметичное перекрытие упомянутых полостей, содержащее металлическое основание, на котором одна над другой установлены две крышки, образующие с упомянутым основанием два герметизирующих контура. В полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура. Арматура бетонного заполнения включает продольные и окружные элементы, образующие двойную кольцевую арматуру в виде решеток. Арматура размещена внутри бетонного заполнения с зазором относительно наружной цилиндрической оболочки и связана с металлическим основанием герметичного перекрытия. Контейнер снабжен демпфирующим кольцевым элементом, выполненным на наружной цилиндрической оболочке в верхней части контейнера.Known reinforced concrete (metal) container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel according to patent RU 2157010 C1 (G21F 5/008, 2000). The known container contains metal inner, intermediate and outer cylindrical shells with bottoms, the cavities between which are filled with particularly strong and heavy concrete with enhanced radiation-protective properties, and a sealed overlap of said cavities, containing a metal base on which two covers are mounted one above the other, forming two sealing loops with said base. In the cavity between the intermediate and outer cylindrical shells placed reinforcement. The reinforcement of concrete filling includes longitudinal and circumferential elements forming a double annular reinforcement in the form of gratings. The reinforcement is placed inside the concrete filling with a gap relative to the outer cylindrical shell and is connected to the metal base of the sealed ceiling. The container is equipped with a damping ring element made on the outer cylindrical shell in the upper part of the container.

Однако жестко связанный с корпусом контейнера демпфирующий кольцевой элемент увеличивает наружный диаметр контейнера в целом, что соответственно увеличивает диаметр защитно-демпфирующего кожуха (в другом варианте - торцевых демпфирующих устройств в виде колпаков), в который помещают контейнер на период его транспортировки с ОЯТ (т.е. увеличиваются габариты транспортно-упаковочного комплекта). Поскольку габариты транспортно-упаковочного комплекта, в частности, при железнодорожных перевозках ограничены габаритом погрузки, то увеличение диаметра защитно-демпфирующего кожуха нежелательно. Уменьшение же наружного диаметра контейнера влечет за собой уменьшение диаметра внутренней полости последнего. В результате уменьшается количество размещаемых в МБК отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) и увеличивается потребное количество контейнеров. К недостаткам известного контейнера также можно отнести то, что в нем не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.However, the damping ring element rigidly connected to the container body increases the outer diameter of the container as a whole, which accordingly increases the diameter of the protective-damping casing (in another embodiment, end damping devices in the form of caps), in which the container is placed for the period of its transportation with SNF (i.e. e. the dimensions of the transport and packaging set are increasing). Since the dimensions of the transport and packaging set, in particular during railway transportation, are limited by the loading size, an increase in the diameter of the protective damping casing is undesirable. A decrease in the outer diameter of the container entails a decrease in the diameter of the inner cavity of the latter. As a result, the number of spent fuel assemblies (SFAs) placed in the MBC decreases and the required number of containers increases. The disadvantages of the known container can also be attributed to the fact that it does not provide for protection of the container structure from possible destruction due to increased pressure of hydrogen generated inside the concrete mass as a result of radiolysis and metal corrosion.

Также известен металлобетонный контейнер (МБК) для хранения и транспортирования ОЯТ реакторов РБМК (Металлобетонный контейнер для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива реакторов РБМК». Зубков А.А., Фромзель В.Н. и др. Журнал «Теплоэнергетика», №11, 1996 г., с.40-44). Известный контейнер содержит корпус, выполненный из двух цилиндрических обечаек. Эти обечайки расположены одна в другой и приварены к верхнему кованому кольцу. Внутренняя и наружная обечайки имеют приваренные днища. На верхнем кольце выполнены проточки под установку и приварку двух крышек контейнера и резьбовые отверстия, используемые для ввинчивания верхних грузовых цапф. В нижней части корпуса расположены две привариваемые опорные цапфы, предназначенные для установки контейнера в горизонтальное положение в опорах транспортного средства при транспортировке.Also known is a metal-concrete container (MBC) for storing and transporting RBMK SNF reactors (metal-concrete container for storing and transporting spent nuclear fuel of RBMK reactors. AA Zubkov, Vromsel VN et al. Heat Power Engineering Magazine, No. 11, 1996, pp. 40-44). Known container contains a housing made of two cylindrical shells. These shells are located one in the other and are welded to the upper forged ring. The inner and outer shells have welded bottoms. On the upper ring, grooves are made for the installation and welding of two container covers and threaded holes used to screw in the upper cargo pins. In the lower part of the body are two weldable support trunnions designed to install the container in a horizontal position in the vehicle supports during transportation.

Кольцевое пространство между обечайками корпуса, а также пространство между днищами заполнены тяжелым жаростойким бетоном, армированным гнутыми наклонными прутками, изготовленными из углеродистой стали. Между арматурой и наружной обечайкой имеется зазор. Для связи наружной обечайки и бетонного массива к внутренней поверхности наружной обечайки приварены кольца из арматурной стали. Для бетонирования кольцевого пространства между обечайками с сетью армирующих стержней, являющихся одновременно тепловодами, используется литой бетон, обладающий высокой пластичностью к расслоению при гравитационной укладке. Необходимые характеристики бетона достигаются путем применения крупного, мелкого и микронаполнителя, суперпластификатора и портладцемента.The annular space between the shell shells, as well as the space between the bottoms, is filled with heavy heat-resistant concrete reinforced with bent inclined rods made of carbon steel. There is a gap between the valve and the outer shell. To connect the outer shell and the concrete mass, reinforced steel rings are welded to the inner surface of the outer shell. For concreting the annular space between the shells with a network of reinforcing rods, which are simultaneously heat sinks, cast concrete is used, which has high plasticity to delamination during gravity laying. The necessary characteristics of concrete are achieved by the use of coarse, fine and micro-filler, superplasticizer and Portal cement.

Для отвода из бетона газов и паров воды при сушке предусмотрена система газоотводящих труб, расположенных около внутренней обечайки. В верхней части газоотводящие трубы соединяются в коллектор, который во время сушки бетона через канал в верхнем кованом кольце корпуса контейнера соединен при помощи технологического клапана с атмосферой. После завершения сушки канал закрывается мембраной, которая в случае повышения давления в бетоне при попадании контейнера в очаг пожара и других аварийных ситуациях разрывается. Таким образом, в нормальных условиях эксплуатации контейнер имеет два барьера герметизации.To drain gases and water vapors from concrete during drying, a system of exhaust pipes is provided located near the inner shell. In the upper part, the exhaust pipes are connected to a collector, which during drying of the concrete through the channel in the upper forged ring of the container body is connected to the atmosphere using a process valve. After drying is completed, the channel is closed by a membrane, which ruptures in the event of an increase in concrete pressure when the container enters the fire and other emergency situations. Thus, under normal operating conditions, the container has two sealing barriers.

На днище корпуса расположена опора-демпфер, выполненная в виде верхнего и нижнего опорных колец, соединенных стальными ребрами, деформируемых в случае удара. При транспортировании контейнера в горизонтальном положении на его корпус надеваются торцевые демпфирующие устройства, с помощью которых обеспечивается сохранность контейнера при ударных нагрузках в случае аварийных ситуаций.On the bottom of the body is a support-damper, made in the form of upper and lower support rings connected by steel ribs, deformable in the event of an impact. When transporting the container in a horizontal position, end damping devices are put on its body, with the help of which the container is protected during shock loads in case of emergency.

К недостаткам известного контейнера можно отнести то, что для бетонирования кольцевого пространства между обечайками корпуса, а также пространства между днищами применяется литой высокопластичный бетон. Подобные бетоны имеют сравнительно невысокие прочность и трещиностойкость.The disadvantages of the known container include the fact that for concreting the annular space between the shell shells, as well as the space between the bottoms, cast highly plastic is used. Such concrete has a relatively low strength and crack resistance.

Известен металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2089948 C1 (G21F 5/008, 1996 г.), содержащий металлические наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена тяжелым бетоном. Сверху полость между оболочками и внутренняя полость контейнера перекрыты герметичным перекрытием, содержащим металлическое основание и две крышки, расположенные одна над другой и размещенные на упомянутом основании. Внутри бетонного заполнения по всей высоте контейнера размещено силовое армирование в виде решетки, состоящей из кольцевых и продольных металлических стержней, связанных с упомянутым металлическим основанием и с днищем наружной цилиндрической оболочки. В полости между оболочками внутри бетона также размещены газопроводы, соединенные кольцевым коллектором. Газопроводы и коллектор выполнены в виде металлических тросов. В перекрытии выполнен канал, сообщенный с коллектором и выведенный наружу контейнера. Снаружи канал перекрыт водородопроницаемой мембраной. Благодаря конструктивным особенностям выполнения известного металлобетонного контейнера обеспечивается предохранение контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.Known metal-concrete container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel according to patent RU 2089948 C1 (G21F 5/008, 1996), containing metal outer and inner cylindrical shells with bottoms, the cavity between which is filled with heavy concrete. On top of the cavity between the shells and the inner cavity of the container is closed by a hermetic overlap containing a metal base and two covers located one above the other and placed on the said base. Inside the concrete filling along the entire height of the container is placed a power reinforcement in the form of a lattice consisting of annular and longitudinal metal rods connected with the said metal base and with the bottom of the outer cylindrical shell. In the cavity between the shells inside the concrete, gas pipelines are also connected, connected by an annular collector. Gas pipelines and the collector are made in the form of metal cables. In the overlapping channel is made, communicated with the collector and brought out of the container. Outside the channel is blocked by a hydrogen permeable membrane. Due to the design features of the known metal-concrete container, the container is protected from possible destruction due to an increase in hydrogen pressure inside the concrete mass due to radiolysis and metal corrosion.

Однако в конструкции МБК не предусмотрена защита наружной оболочки корпуса контейнера от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации, например в случае соударения МБК с жестким основанием при опрокидывании контейнера на его боковую цилиндрическую поверхность при обращении с контейнером, загруженным ОЯТ, на территории АЭС. В результате перегрузки, действующие в этом случае на контейнер с ОЯТ, могут существенно превышать допустимые, что не обеспечивает безопасности обслуживающего персонала.However, the design of the MBK does not provide for the protection of the outer shell of the container body from direct mechanical loading in an emergency, for example, in the case of a collision of the MBK with a rigid base when the container capsizes on its cylindrical side surface when handling a container loaded with SNF at the NPP territory. As a result of overloads acting in this case on a container with SNF, they can significantly exceed the permissible ones, which does not ensure the safety of maintenance personnel.

Известен железобетонный (металлобетонный) контейнер для транспортировки и/или хранения ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена армированным особо прочным и тяжелым бетоном с повышенной термостойкостью, герметичное перекрытие внутренней полости контейнера, выполненное в виде по меньшей мере одной крышки, установленной на металлическом основании (RU 2153715 C1, G21F 5/008, 2000 г.). Контейнер снабжен дополнительной металлической цилиндрической оболочкой, включающей обечайку, выступающую за днище наружной цилиндрической оболочки и охватывающую последнюю с образованием полости, которая заполнена армированным бетоном меньшей прочности, чем прочность основного бетона. Арматура бетонного заполнения этой полости содержит размещенные равномерно по окружности продольные элементы, связанные с обечайкой. На обечайке выполнены два демпфирующих кольцевых элемента. При этом один из упомянутых демпфирующих кольцевых элементов расположен в районе центра тяжести загруженного контейнера. С этим демпфирующим кольцевым элементом конструктивно совмещена кольцевая опорная площадка, предназначенная для установки контейнера на опоре транспортного средства. Арматура бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками содержит двойную кольцевую арматуру в виде решеток, содержащих продольные и окружные элементы. Окружные элементы одной решетки соответственно соединены с окружными элементами другой решетки. Решетки смонтированы на упомянутом металлическом основании посредством центрирующих элементов, выполненных на последнем. Каждая из решеток установлена с зазором относительно смежной цилиндрической оболочки. Внутри бетонного заполнения полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками размещены закрепленные на металлическом основании анкеры, расположенные вдоль упомянутых продольных элементов. Упомянутая дополнительная оболочка контейнера обеспечивает защиту наружной силовой оболочки контейнера от непосредственного воздействия внешних нагрузок, предохраняя ее от разрушения и исключая тем самым возможность разгерметизации полости между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками и дополнительно повышая радиационно-защитные свойства контейнера.A reinforced concrete (metal-concrete) container for transporting and / or storing nuclear fuel is known, containing metallic inner and outer cylindrical shells with bottoms, the cavity between which is filled with reinforced particularly strong and heavy concrete with increased heat resistance, a tight seal of the container’s inner cavity, made in the form of at least at least one cover mounted on a metal base (RU 2153715 C1, G21F 5/008, 2000). The container is equipped with an additional metal cylindrical shell, including a shell protruding beyond the bottom of the outer cylindrical shell and covering the latter with the formation of a cavity that is filled with reinforced concrete of lower strength than the strength of the main concrete. The reinforcement of the concrete filling of this cavity contains longitudinal elements arranged uniformly around the circumference associated with the shell. Two damping ring elements are made on the shell. In this case, one of the said damping ring elements is located in the region of the center of gravity of the loaded container. An annular supporting platform designed to mount the container on the vehicle support is structurally combined with this damping ring element. The reinforcement of the concrete filling of the cavity between the inner and outer cylindrical shells contains double annular reinforcement in the form of gratings containing longitudinal and circumferential elements. The circumferential elements of one lattice are respectively connected to the circumferential elements of another lattice. Lattices are mounted on said metal base by means of centering elements made on the latter. Each of the gratings is installed with a gap relative to the adjacent cylindrical shell. Inside the concrete filling of the cavity between the inner and outer cylindrical shells, anchors are mounted on a metal base located along the longitudinal elements. Mentioned additional shell of the container provides protection of the outer power shell of the container from the direct impact of external loads, protecting it from destruction and thereby eliminating the possibility of depressurization of the cavity between the inner and outer cylindrical shells and further enhancing the radiation-protective properties of the container.

К недостаткам известного контейнера можно отнести то, что в нем не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.The disadvantages of the known container can be attributed to the fact that it does not provide for protection of the container structure from possible destruction due to increased pressure of hydrogen generated inside the concrete mass as a result of radiolysis and metal corrosion.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива по патенту RU 2221291 C1 (G21F 5/008, 2004 г.). Известный контейнер содержит корпус, который выполнен с внутренней и наружной цилиндрическими обечайками с днищами. Полость между обечайками заполнена армированным бетоном. Сверху полость между обечайками и внутренняя полость контейнера перекрыты герметичным перекрытием, содержащим металлическое основание и две крышки, расположенные одна над другой и размещенные на упомянутом основании. В варианте выполнения для повышения герметичности контейнера и его радиационно-защитных свойств между внутренней и наружной цилиндрическими оболочками контейнера установлен дополнительный силовой стакан (герметичная цилиндрическая оболочка с днищем). Во внутреннюю полость контейнера вставлена выемная дистанционирующая решетка, содержащая ряд диафрагм с отверстиями, внутри которых установлены трубы. Внутри труб размещены отработавшие сборки ТВЭЛов. В другом варианте непосредственно в отверстиях диафрагм расположены ампулы (пеналы) с размещенными в них сборками ТВЭЛов. В зазоре между дистанционирующей решеткой и внутренней оболочкой контейнера установлен вертикальный трубный канал. Он прикреплен к внутренней оболочке, его верхний срез соединен с проходным радиальным каналом, выполненным в стенке контейнера, а нижний срез расположен с удалением от днища не более чем на один его диаметр. В радиальном канале установлен клапан с винтовым приводом для его закрывания и открывания и герметизирующей крышкой, перекрывающей клапан снаружи и выполняющей его стопорение (предохранение от возможного самоотвинчивания при эксплуатации - транспортировке). В варианте выполнения радиальный проходной канал дополнительно снабжен наружной герметизирующей крышкой, предохраняющей упомянутый клапан от внешнего воздействия на него в аварийных ситуациях. Конструкция контейнера позволяет производить откачку воды из внутренней полости контейнера, осушку его внутренней полости и заполнение ее инертным газом при установленных крышках герметичного перекрытия контейнера.The closest in combination of essential features with the claimed invention is a metal-concrete container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel according to patent RU 2221291 C1 (G21F 5/008, 2004). Known container contains a housing that is made with inner and outer cylindrical shells with bottoms. The cavity between the shells is filled with reinforced concrete. On top of the cavity between the shells and the inner cavity of the container is closed by a hermetic overlap containing a metal base and two covers located one above the other and placed on the said base. In an embodiment, to increase the tightness of the container and its radiation protective properties between the inner and outer cylindrical shells of the container, an additional power cup (sealed cylindrical shell with a bottom) is installed. A removable spacer grid is inserted into the internal cavity of the container, containing a series of diaphragms with holes, inside which pipes are installed. Spent fuel rod assemblies are placed inside the pipes. In another embodiment, ampoules (cases) are located directly in the holes of the diaphragms with assemblies of fuel elements placed in them. A vertical pipe channel is installed in the gap between the spacer grid and the inner shell of the container. It is attached to the inner shell, its upper section is connected to a radial passage channel made in the container wall, and the lower section is located with a distance from the bottom of no more than one diameter thereof. A valve with a screw drive is installed in the radial channel for closing and opening it and a sealing cover that closes the valve from the outside and performs its locking (protection from possible self-unscrewing during operation - transportation). In an embodiment, the radial passage channel is additionally provided with an external sealing cover protecting the valve from external influences in emergency situations. The design of the container allows the pumping of water from the inner cavity of the container, drying of its inner cavity and filling it with inert gas with the covers of the airtight ceiling of the container installed.

К недостаткам известного МБК можно отнести то, что в конструкции контейнера не предусмотрена защита наружной оболочки корпуса контейнера от непосредственного механического нагружения в аварийной ситуации, что снижает безопасность обращения с МБК, загруженным ОЯТ. Кроме того, в известном МБК не предусмотрено предохранение конструкции контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода, образующегося внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла в период длительного хранения МБК с ОЯТ.The disadvantages of the known MBC include the fact that the container does not provide for the protection of the outer shell of the container body from direct mechanical loading in an emergency, which reduces the safety of handling MBC loaded SNF. In addition, the well-known MBK does not provide for protection of the container design from possible destruction due to an increase in the pressure of hydrogen generated inside the concrete mass as a result of radiolysis and metal corrosion during the long-term storage of MBC with SNF.

Задача, решаемая изобретением, заключается в создании металлобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов типа РБМК-1000, обеспечивающего повышение безопасности обращения с МБК, загруженным ОЯТ.The problem solved by the invention is to create a metal-concrete container for transporting and / or storing spent nuclear fuel of nuclear reactors of the RBMK-1000 type, which improves the safety of handling MBK loaded SNF.

Указанная задача решается тем, что в металлобетонном контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащем металлические внутреннюю, промежуточную и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полости между которыми заполнены армированным бетоном, герметичное перекрытие упомянутых полостей и внутренней полости контейнера, которое выполнено в виде по меньшей мере двух крышек, установленных одна над другой на общем металлическом основании и образующих с последним два концентричных герметизирующих контура, причем в полости между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками размещена арматура, согласно изобретению в качестве бетона контейнер содержит особо прочный сверхтяжелый бетон, причем полость между внутренней и промежуточной цилиндрическими оболочками заполнена бетоном меньшей плотности, чем плотность бетона, которым заполнена полость между промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками. При этом в каждой из полостей между цилиндрическими оболочками внутри бетонного заполнения установлены газопроводы с коллекторами. Каждый коллектор выполнен с возможностью сообщения через соответствующий герметический клапан, снабженный запорным устройством, с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения в период хранения контейнера, загруженного отработавшим ядерным топливом. При этом один из герметических клапанов смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия, а другой размещен внутри бетонного заполнения полости, образованной промежуточной и наружной цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки. Контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки, устанавливаемым на верхней части контейнера.This problem is solved by the fact that in a metal-concrete container for transporting and / or storing spent nuclear fuel containing metal inner, intermediate and outer cylindrical shells with bottoms, the cavities between which are filled with reinforced concrete, a sealed overlap of the said cavities and the inner cavity of the container, which is made in at least two covers mounted one above the other on a common metal base and forming two concentric sealing with the latter ontura, wherein reinforcement is placed in the cavity between the intermediate and outer cylindrical shells, according to the invention, the container contains especially strong superheavy concrete as concrete, the cavity between the inner and intermediate cylindrical shells being filled with concrete of lower density than the density of the concrete with which the cavity between the intermediate and outer cylindrical shells. Moreover, in each of the cavities between the cylindrical shells inside the concrete filling, gas pipelines with collectors are installed. Each collector is made with the possibility of communication through an appropriate hermetic valve equipped with a shut-off device, with the atmosphere during the drying of concrete during the manufacture of the container and with an external gas analysis system inside the concrete filling during storage of the container loaded with spent nuclear fuel. In this case, one of the hermetic valves is mounted in a socket made on the outside in the wall of the aforementioned hermetic overlap, and the other is placed inside the concrete filling of the cavity formed by the intermediate and external cylindrical shells, and installed on the inner side of the outer cylindrical shell. The container is equipped with a removable damping ring element, made with the possibility of tight coverage of the outer cylindrical shell, mounted on the top of the container.

Вместе с этим газопроводы с коллекторами выполнены в виде металлических тросов.At the same time, gas pipelines with collectors are made in the form of metal cables.

Кроме того, съемный демпфирующий кольцевой элемент выполнен по меньшей мере из трех кольцевых сегментов, скрепляемых между собой с помощью резьбовых соединений.In addition, a removable damping ring element is made of at least three annular segments, fastened together using threaded connections.

В варианте выполнения на наружной цилиндрической оболочке выполнены опорные элементы для установки упомянутого съемного демпфирующего кольцевого элемента в штатное положение относительно центра масс загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера.In an embodiment, supporting elements are made on the outer cylindrical shell for installing said removable damping ring element in a normal position relative to the center of mass of a container loaded with spent nuclear fuel.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить безопасность обращения с МБК, загруженным отработавшим ядерным топливом.The technical result of the use of the invention is that it improves the safety of handling MBK loaded with spent nuclear fuel.

На фиг.1 схематично показан металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, общий вид, продольный разрез (дистанционирующая решетка с ОТВС не показана); на фиг.2 - съемный кольцевой демпфирующий элемент, решетки двойной кольцевой арматуры и установленные внутри бетонного заполнения МБК газопроводы с коллекторами, поперечный разрез по А-А на фиг.1 (бетон условно не показан); на фиг.3 - арматура бетонного заполнения и газопроводы, установленные между днищами наружной и промежуточной цилиндрических оболочек МБК, разрез по Б-Б на фиг.1 (бетон условно не показан); на фиг.4 - металлобетонный контейнер с газопроводами, установленными внутри бетонного заполнения, общий вид продольный разрез (арматура, размещенная между наружной и промежуточной оболочками МБК, условно не показана); на фиг.5 - герметический клапан, установленный с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки МБК, элемент В на фиг.4, продольный разрез; на фиг.6 - герметический клапан, установленный в гнезде металлического основания герметичного перекрытия, элемент Г на фиг.4, продольный разрез.Figure 1 schematically shows a metal-concrete container for transporting and / or storing spent nuclear fuel, a general view, a longitudinal section (a spacer grid with a SFA is not shown); figure 2 is a removable ring damping element, lattice double ring reinforcement and installed inside the concrete filling MBK gas pipelines with collectors, a cross section along aa in figure 1 (concrete not shown conventionally); figure 3 - reinforcement of concrete filling and gas pipelines installed between the bottoms of the outer and intermediate cylindrical shells of the MBC, a section along BB in figure 1 (concrete not shown conventionally); figure 4 - metal-concrete container with gas pipelines installed inside the concrete filling, a General view of a longitudinal section (reinforcement placed between the outer and intermediate shells of the MBC, not shown conventionally); figure 5 - hermetic valve mounted on the inner side of the outer cylindrical shell MBK, element B in figure 4, a longitudinal section; figure 6 - hermetic valve installed in the socket of the metal base of the hermetic overlap, element G in figure 4, a longitudinal section.

Металлобетонный контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива содержит металлические внутреннюю 1, промежуточную 2 и наружную 3 цилиндрические оболочки с днищами, полости «a» и «b» между которыми заполнены особо прочным сверхтяжелым бетоном (ОПБСТ) соответственно 4 и 5. В полости «b» между промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками контейнера размещена арматура 6. Силовое армирование полости «b» включает размещенную между обечайками цилиндрических оболочек 2 и 3 двойную кольцевую арматуру в виде двух соединенных между собой решеток, содержащих продольные и окружные элементы (на чертеже не показано). Арматура бетонного заполнения, размещенная между днищем промежуточной цилиндрической оболочки 2 и днищем наружной цилиндрической оболочки 3, содержит две вертикально разнесенные решетки, образованные каждая соответствующими окружными элементами, расположенными концентрично, и радиальными элементами, причем окружные элементы одной из этих решеток соответственно соединены с окружными элементами другой решетки (на чертеже не показано). Арматура 6 обеспечивает трехосное (в трех взаимно перпендикулярных направлениях) армирование уложенного в полость «b» ОПБСТ. Трехосное армирование обеспечивает повышение трещиностойкости и повышает несущую способность бетона за счет эффекта косвенного армирования (т.е. армирования в направлении, перпендикулярном действующим силам). В варианте осуществления изобретения полости «a» и «b» заполнены особо прочным сверхтяжелым бетоном, обладающим повышенными радиационно-защитными свойствами. В качестве подобного бетона может быть использован, например, ОПБСТ по ТУ 5870-003-07805066-98 (Бетон особо прочный сверхтяжелый. Технические условия. ТУ 5870-003-07805066-98. М.: ФГУП «26 ЦНИИ МО», 2-е изд. 2003). Полость «а» между внутренней 1 и промежуточной 2 цилиндрическими оболочками заполнена бетоном 4 меньшей плотности, чем плотность бетона 5, которым заполнена полость «b» между промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками. Для заполнения полости «a» может быть использован, например, литой ОПБСТ, имеющий прочность на сжатие не менее 80 МПа и плотность не менее 3400 кг/м³ (класс прочности В80, марка по средней плотности D3400). Для заполнения полости «b» может быть использован, например, ОПБСТ, имеющий прочность на сжатие не менее 101 МПа и плотность не менее 4100 кг/м³ (класс прочности В90, марка по средней плотности D4100).The metal-concrete container for transportation and / or storage of spent nuclear fuel contains metal inner 1, intermediate 2 and outer 3 cylindrical shells with bottoms, cavities “a” and “b” between which are filled with especially durable superheavy concrete (OPBST) 4 and 5, respectively. the cavity “b” between the intermediate 2 and the outer 3 cylindrical shells of the container is placed reinforcement 6. Power reinforcement of the cavity “b” includes a double ring reinforcement placed between the shells of the cylindrical shells 2 and 3 in the form of two yi interconnected gratings containing longitudinal and circumferential elements (not shown in the drawing). The reinforcement of concrete filling, placed between the bottom of the intermediate cylindrical shell 2 and the bottom of the outer cylindrical shell 3, contains two vertically spaced lattices, each formed by respective circumferential elements arranged concentrically, and radial elements, and the circumferential elements of one of these lattices are respectively connected to the circumferential elements of the other gratings (not shown in the drawing). Reinforcement 6 provides triaxial (in three mutually perpendicular directions) reinforcement of OPBST laid in cavity “b”. Three-axis reinforcement provides increased crack resistance and increases the bearing capacity of concrete due to the effect of indirect reinforcement (i.e. reinforcement in the direction perpendicular to the acting forces). In an embodiment of the invention, the cavities “a” and “b” are filled with particularly strong superheavy concrete having enhanced radiation protective properties. As such concrete, for example, OPBST can be used according to TU 5870-003-07805066-98 (Concrete is especially strong superheavy. Technical conditions. TU 5870-003-07805066-98. M.: FSUE "26 Central Research Institute of Moscow Region, 2- e ed. 2003). The cavity "a" between the inner 1 and intermediate 2 cylindrical shells is filled with concrete 4 of lower density than the density of concrete 5, which filled the cavity "b" between the intermediate 2 and outer 3 cylindrical shells. To fill the cavity "a", for example, cast OPBST can be used, having a compressive strength of at least 80 MPa and a density of at least 3400 kg / m ³ (strength class B80, medium density grade D3400). For filling the cavity "b", for example, OPBST can be used, having a compressive strength of at least 101 MPa and a density of at least 4100 kg / m ³ (strength class B90, medium density grade D4100).

В сравнении с внутренней 1 и наружной 3 металлическими цилиндрическими оболочками с днищами промежуточная металлическая цилиндрическая оболочка 2 с днищем имеет большую толщину и, по существу, представляет собой силовой несущий элемент корпуса контейнера. При этом благодаря тому, что промежуточная оболочка находится внутри бетонного массива, она практически не подвержена коррозии и непосредственному внешнему воздействию в аварийных ситуациях. Наличие металлической промежуточной цилиндрической оболочки 2 с днищем позволяет надежно обеспечить герметичность металлической внутренней оболочки 1. При аварийном нагружении МБК, например при падении на штырь, промежуточная оболочка 2 в случае распространения трещины на всю глубину бетонного заполнения полости «b» воспринимает растягивающие усилия на вершине трещины и сдерживает ее развитие в полость «a».Compared with the inner 1 and outer 3 metal cylindrical shells with bottoms, the intermediate metal cylindrical shell 2 with the bottom has a large thickness and, in essence, is a power bearing element of the container body. Moreover, due to the fact that the intermediate shell is located inside the concrete massif, it is practically not subject to corrosion and direct external influence in emergency situations. The presence of a metal intermediate cylindrical shell 2 with a bottom makes it possible to reliably ensure the tightness of the metal inner shell 1. During emergency loading of the MBC, for example, when falling onto a pin, the intermediate shell 2, in the case of a crack propagating to the entire depth of the concrete filling of the cavity “b”, receives tensile forces at the crack tip and inhibits its development into the cavity "a".

Чем более плотный и прочный бетон используется для МБК, тем выше прочностные характеристики контейнера и, соответственно, может быть меньше расход металла на металлоконструкцию последнего. В сравнении с ближайшим аналогом по патенту RU 2221291 использование в МБК бетонов различной плотности (по существу, литого высокопластичного бетона для полости «a» и бетона из жесткой бетонной смеси для полости «b») при том же диаметре внутренней полости «c» контейнера и том же наружном диаметре контейнера обеспечивает возможность минимизации зазора между внутренней и промежуточной оболочками контейнера, что позволяет увеличить зазор между промежуточной и наружной оболочками контейнера и разместить между последними необходимое армирование с обеспечением достаточного пространства для глубинного вибратора, обеспечивающего достижение необходимой плотности ОПБСТ 5 и, соответственно, прочности последнего. Таким образом, при тех же размерах корпуса МБК, благодаря обеспечению возможности увеличения объема, занимаемого ОПБСТ 5, обеспечивается повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик металлобетонного контейнера при минимизации массы металлических оболочек 1-3, что в конечном счете обеспечивает снижение затрат на изготовление МБК.The denser and stronger concrete is used for MBK, the higher the strength characteristics of the container and, accordingly, the metal consumption for the metal structure of the latter can be lower. In comparison with the closest analogue according to patent RU 2221291, the use in MBC of concrete of various densities (essentially cast high-plastic concrete for cavity “a” and concrete from rigid concrete mix for cavity “b”) with the same diameter of the internal cavity “c” of the container and the same outer diameter of the container allows minimizing the gap between the inner and intermediate shells of the container, which allows to increase the gap between the intermediate and outer shells of the container and place the necessary reinforced between the latter e to provide sufficient space for the deep vibrator that achieve the desired density OPBST 5 and, respectively, the latter strength. Thus, with the same dimensions of the MBK case, due to the possibility of increasing the volume occupied by OPBST 5, the strength and radiation-protective characteristics of the metal concrete container are increased while minimizing the mass of metal shells 1-3, which ultimately reduces the cost of manufacturing MBK.

Сверху полости «a», «b» и внутренняя полость «с» контейнера герметично перекрыты. Герметичное перекрытие включает защитные крышки 7, 8, которые расположены одна над другой и установлены на металлическом основании 9. Крышки 7, 8 образуют с основанием 9 два герметизирующих контура.On top of the cavity "a", "b" and the internal cavity "c" of the container are hermetically closed. Sealed overlap includes protective covers 7, 8, which are located one above the other and are mounted on a metal base 9. The covers 7, 8 form two sealing circuits with the base 9.

В полостях «a» и «b» внутри бетонного заполнения установлены газопроводы 10 и 11 с коллекторами 12 и 13. В варианте выполнения изобретения газопроводы с коллекторами выполнены, например, в виде металлических тросов. Коллекторы 12 и 13 выполнены с возможностью сообщения через герметические клапаны соответственно 14 и 15 с атмосферой в период сушки бетона при изготовлении контейнера и с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения (бетонного массива) в период хранения контейнера, загруженного ОЯТ. Клапаны 14 и 15 снабжены запорными устройствами 16. Клапан 14 смонтирован в гнезде, выполненном с внешней стороны в стенке упомянутого герметичного перекрытия полостей «a», «b» и «c» (по существу, в стенке металлического основания 9). Клапан 15 размещен внутри бетонного заполнения полости «b», образованной промежуточной 2 и наружной 3 цилиндрическими оболочками, и установлен с внутренней стороны наружной цилиндрической оболочки. Доступ к клапанам 14 и 15 с наружной стороны контейнера обеспечивается при снятых герметических крышках 17 и 18, 19. Расположенные в бетонном массиве газопроводы с коллекторами, выполненные в виде металлических тросов, одновременно выполняют функцию дополнительного армирования, повышающего трещиностойкость бетона в условиях аварийного нагружения МБК, что, в конечном счете, обеспечивает повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик МБК. В сравнении с известным МБК по вышеупомянутому патенту RU 2089948, в котором газопроводы и коллектор также выполнены в виде металлических тросов, в заявленном изобретении система газопроводов и коллекторов, помимо обеспечения предохранения контейнера от возможного разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла при длительном хранении ОЯТ, обеспечивает удаление паров свободной воды в период сушки бетона при изготовлении контейнера, а также возможность контроля герметичности загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера при установленных защитных крышках герметичного перекрытия контейнера.In the cavities "a" and "b" inside the concrete filling, gas pipelines 10 and 11 with collectors 12 and 13 are installed. In an embodiment of the invention, gas pipelines with collectors are made, for example, in the form of metal cables. The collectors 12 and 13 are configured to communicate through the airtight valves 14 and 15, respectively, with the atmosphere during the drying of concrete in the manufacture of the container and with an external gas analysis system inside the concrete filling (concrete mass) during storage of the container loaded with spent fuel. The valves 14 and 15 are equipped with locking devices 16. The valve 14 is mounted in a socket made on the outside in the wall of the aforementioned hermetic overlap of the cavities "a", "b" and "c" (essentially, in the wall of the metal base 9). The valve 15 is placed inside the concrete filling of the cavity "b" formed by the intermediate 2 and outer 3 cylindrical shells, and is installed on the inner side of the outer cylindrical shell. Access to the valves 14 and 15 from the outside of the container is provided with the hermetic covers 17 and 18, 19 removed. The gas pipelines with collectors located in the concrete massif, made in the form of metal cables, simultaneously perform the function of additional reinforcement, which increases the crack resistance of concrete under emergency loading of MBK, which, ultimately, provides an increase in the strength and radiation-protective characteristics of MBK. In comparison with the known MBK according to the aforementioned patent RU 2089948, in which the gas pipelines and the collector are also made in the form of metal cables, the claimed invention has a gas pipeline and collector system, in addition to protecting the container from possible destruction due to an increase in hydrogen pressure inside the concrete mass due to radiolysis reactions and corrosion of metal during long-term storage of SNF, provides the removal of free water vapor during the drying of concrete in the manufacture of the container, as well as the ability to control the tightness of the container loaded with spent nuclear fuel with the protective covers installed of the tightly closed container.

Металлобетонный контейнер снабжен съемным демпфирующим кольцевым элементом 20, выполненным с возможностью плотного охвата наружной цилиндрической оболочки 3 (по существу, с возможностью плотного охвата обечайки наружной цилиндрической оболочки), устанавливаемым на верхней части МБК перед загрузкой его отработавшим ядерным топливом и снимаемым с МБК на период, когда МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух (на чертеже не показано).The metal-concrete container is equipped with a removable damping ring element 20 made with the possibility of tight coverage of the outer cylindrical shell 3 (essentially, with the possibility of tight coverage of the shell of the outer cylindrical shell), installed on the upper part of the MBC before loading it with spent nuclear fuel and removed from the MBC for a period when the MBC is placed in a detachable damping casing (not shown in the drawing).

В варианте выполнения съемный демпфирующий кольцевой элемент 20 выполнен, например, из трех кольцевых сегментов 21, скрепляемых между собой с помощью резьбовых соединений 22. На наружной цилиндрической оболочке 3 выполнены опорные элементы 23 для установки съемного демпфирующего кольцевого элемента 20 в штатное положение относительно центра масс загруженного отработавшим ядерным топливом контейнера. Благодаря такому исполнению облегчается монтаж (демонтаж) демпфирующего кольцевого элемента на контейнере и обеспечиваются возможность плотного охвата наружной цилиндрической оболочки корпуса контейнера съемным демпфирующим элементом и поджатие последнего к корпусу контейнера. Кроме того, выполнение элемента 20 составным из кольцевых сегментов 21 облегчает обращение со съемным демпфирующим кольцевым элементом при его хранении и транспортировке.In an embodiment, the removable damping ring element 20 is made, for example, of three annular segments 21, fastened together by means of threaded connections 22. On the outer cylindrical shell 3 are made supporting elements 23 for setting the removable damping ring element 20 in a normal position relative to the center of mass of the loaded spent nuclear fuel container. Thanks to this design, installation (dismantling) of the damping ring element on the container is facilitated and it is possible to tightly cover the outer cylindrical shell of the container body with a removable damping element and pressing the latter against the container body. In addition, the implementation of the element 20 composite of the annular segments 21 facilitates the handling of a removable damping ring element during its storage and transportation.

Вместе с этим в корпусе МБК выполнен канал для сообщения внутренней полости «c» контейнера с внешней средой через клапанное устройство, смонтированное в выполненном с внешней стороны корпуса гнезде с герметичным перекрытием, выполненным, например, в виде съемных наружной и внутренней крышек, установленных одна над другой и образующих с корпусом контейнера герметизирующие контуры (на чертеже не показано). Через упомянутое клапанное устройство посредством специального присоединительного устройства внутренняя полость «с» контейнера может быть соединена с системой осушки после загрузки в контейнер ОЯТ (на чертеже не показано). Кроме того, упомянутое клапанное устройство может быть использовано для подачи во внутреннюю полость «с» через присоединительное устройство пробного газа, например гелия, при контроле герметичности контейнера.At the same time, a channel is made in the MBK case for communicating the internal cavity “c” of the container with the external environment through a valve device mounted in an airtight socket made on the outside of the case, made, for example, in the form of removable outer and inner covers installed one above another and sealing circuits forming with the container body (not shown in the drawing). Through the said valve device, by means of a special connecting device, the internal cavity “c” of the container can be connected to the drying system after loading SNF into the container (not shown). In addition, said valve device can be used to supply sample gas, such as helium, to the internal cavity “c” through the connecting device, in order to check the tightness of the container.

Использование металлобетонного контейнера в промышленности осуществляется следующим образом.The use of a metal container in industry is as follows.

В варианте осуществления изобретения металлобетонный контейнер предназначен для сухого хранения преимущественно отработавших тепловыделяющих сборок атомных электростанций с реактором РБМК-1000 в течение, например, 50 лет в хранилище АЭС с последующей транспортировкой ОЯТ в региональное хранилище либо на радиохимический комбинат с целью дальнейшей переработки ядерного топлива.In an embodiment of the invention, the metal-concrete container is intended for dry storage of predominantly spent fuel assemblies of nuclear power plants with an RBMK-1000 reactor for, for example, 50 years in a nuclear power plant storage facility, followed by transportation of spent nuclear fuel to a regional storage facility or to a radiochemical plant for the purpose of further processing of nuclear fuel.

Перед загрузкой МБК отработавшим ядерным топливом на верхней части контейнера на период внутристанционного перемещения МБК устанавливают съемный демпфирующий кольцевой элемент 20. Металлобетонный контейнер устанавливают в загрузочной камере либо непосредственно в бассейне выдержки приреакторного хранилища, где в него загружаются отработавшие тепловыделяющие сборки с ОЯТ по технологии, определяемой конструктивной схемой хранилища, типом ОЯТ и технологией его обращения на АЭС (на чертеже не показано). Закрывают крышки 7, 8 контейнера. Защитные герметизирующие крышки 7, 8 образуют два контура (барьера) защиты. Конструкция контейнера допускает возможность установки дополнительной наружной защитной герметизирующей крышки. В варианте осуществления изобретения дополнительная крышка выполнена в виде листа (на чертеже не показано), который по периметру приваривают к основанию 9. Установка дополнительной защитной герметизирующей крышки обусловлена возможностью снижения герметичности крышек 7 и 8 в условиях длительного радиационного и термоциклического воздействия в процессе хранения ОЯТ и требованием обеспечения надежности и экологической безопасности сухого контейнерного хранения. После при необходимости производится осушение внутренней полости «c» МБК и заполнение ее инертным газом с помощью предусмотренных на контейнере клапанных устройств (на чертеже не показано). После этого металлобетонный контейнер с ОЯТ транспортируют к месту предварительного хранения (на территории АЭС или в прилегающем к ней хранилище). Транспортировку осуществляют в вертикальном положении. В случае аварийного опрокидывания МБК на его боковую поверхность снижение перегрузок, действующих на МБК с ОЯТ, до допустимого уровня обеспечивает съемный демпфирующий кольцевой элемент 20. При этом кинетическая энергия падающего МБК поглощается деформацией кольцевого элемента 20 практически на пути, равном высоте элемента 20 над наружной цилиндрической оболочкой 3 (по существу, на пути, равном ширине кольцевого элемента 20 в плане, т.е. на виде сверху), что является достаточным для снижения действующих на МБК перегрузок до допустимого уровня. В месте промежуточного хранения загруженный МБК может находиться длительное время. Затем контейнер в горизонтальном положении транспортируют к месту окончательного хранения в региональное хранилище или на переработку. В варианте осуществления изобретения на период транспортировки к месту окончательно хранения (захоронения) ОЯТ, с целью предохранения металлобетонного контейнера с ОЯТ от разрушения при возможных аварийных ситуациях и повышения радиационной защиты персонала при транспортировке, МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух (на чертеже не показано). На период, когда МБК помещают в разъемный демпфирующий кожух, съемный демпфирующий кольцевой элемент 20 демонтируют (т.е. снимают с МБК). Таким образом, выполнение демпфирующего кольцевого элемента 20 съемным позволяет уменьшить габариты (по существу, диаметр) транспортно-упаковочного комплекта (ТУК) для транспортировки и хранения ОЯТ, включающего металлобетонный контейнер и разъемный демпфирующий кожух, и обеспечивает возможность размещения ТУК в заданном габарите перевозки. Кроме того, выполнение демпфирующего кольцевого элемента съемным позволяет в условиях существующей инфраструктуры (например, при использовании специальных транспортных средств) использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС, что позволяет сократить потребное количество контейнеров и тем самым дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ при использовании МБК.Before loading the MBC with spent nuclear fuel, a removable damping ring element 20 is installed on the upper part of the container for the period of in-house movement of the MBC. The metal-concrete container is installed in the loading chamber or directly in the exposure pool of the reactor storage, where spent fuel assemblies with SNF are loaded into it according to the technology determined by the constructive storage scheme, type of SNF and technology for its handling at nuclear power plants (not shown in the drawing). Close the lids 7, 8 of the container. Protective sealing caps 7, 8 form two circuits (barriers) of protection. The design of the container allows the possibility of installing an additional external protective sealing cover. In an embodiment of the invention, the additional cover is made in the form of a sheet (not shown in the drawing), which is welded around the perimeter to the base 9. The installation of an additional protective sealing cover is caused by the possibility of reducing the tightness of covers 7 and 8 under conditions of prolonged radiation and thermocyclic exposure during storage of SNF and the requirement to ensure the reliability and environmental safety of dry container storage. Then, if necessary, the internal cavity “c” of the MBC is drained and filled with inert gas using valve devices provided on the container (not shown in the drawing). After that, the metal-concrete container with SNF is transported to the place of preliminary storage (in the territory of the nuclear power plant or in the storage adjacent to it). Transportation is carried out in an upright position. In the event of an emergency tipping of the MBC onto its lateral surface, a reduction of the overloads acting on the MBC with SNF to an acceptable level is ensured by a removable damping ring element 20. Moreover, the kinetic energy of the incident MBC is absorbed by the deformation of the ring element 20 almost along the path equal to the height of the element 20 above the outer cylindrical shell 3 (essentially on a path equal to the width of the annular element 20 in plan, i.e., in plan view), which is sufficient to reduce the overloads acting on the MBC to an acceptable level . In the place of intermediate storage loaded MBK can be for a long time. Then the container in a horizontal position is transported to the place of final storage in a regional warehouse or for processing. In an embodiment of the invention, for the period of transportation to the place of final storage (disposal) of SNF, in order to protect the metal concrete container with SNF from destruction during possible emergency situations and to increase the radiation protection of personnel during transportation, the MBC is placed in a removable damping casing (not shown). For the period when the MBC is placed in a detachable damping casing, the removable damping ring element 20 is dismantled (i.e. removed from the MBC). Thus, the implementation of the damping ring element 20 removable allows you to reduce the dimensions (essentially the diameter) of the transport packaging package (TUK) for transportation and storage of spent nuclear fuel, including a metal concrete container and a detachable damping casing, and provides the possibility of placing the TUK in a given size of transportation. In addition, the implementation of the removable damping ring element allows the use of metal-concrete containers with optimal overall weight characteristics in terms of the number of placed (loaded) SFAs under existing infrastructure (for example, when using special vehicles), which reduces the required number of containers and thereby makes it possible to reduce the cost of implementing the concept of dry storage of spent nuclear fuel when using MBC.

В месте длительного хранения ТУК перегружают с транспортного средства. МБК освобождают от разъемного демпфирующего кожуха. На верхней части МБК вновь монтируют съемный кольцевой демпфирующий элемент 20, после чего МБК в вертикальном положении устанавливается на место хранения.In a place of long-term storage, TUKs are loaded from a vehicle. MBK exempt from detachable damping casing. On the upper part of the MBC, a removable annular damping element 20 is again mounted, after which the MBC is installed in a vertical position at the storage location.

Установленные внутри бетонного заполнения газопроводы с коллекторами, герметические клапаны 14, 15 и запорные устройства 16 работают следующим образом.Installed inside the concrete filling gas pipelines with manifolds, hermetic valves 14, 15 and shut-off devices 16 operate as follows.

В период сушки бетона газопроводы 10 и 11 с коллекторами 12 и 13 через открытые герметические клапаны 14 и 15 сообщают с атмосферой. После завершения сушки закрывают запорные устройства 16 клапанов 14 и 15. В нормальных условиях эксплуатации, т.е. в определенных проектом обычных (безаварийных) условиях эксплуатации, при достаточно медленном процессе накопления в бетонном массиве продуктов газовыделения клапаны 14 и 15 герметически закрыты и только после накопления продуктов газовыделения и некоторого повышения давления газа внутри бетонного массива клапаны 14, 15 открывают и осуществляют сброс газов из замкнутых полостей «a» и «b», после чего упомянутые клапаны вновь закрывают. Таким образом, при транспортировке и длительном хранении МБК с ОЯТ обеспечивается герметичность полостей «a» и «b» и, следовательно, три контура герметизации внутренней полости «c» контейнера, что повышает экологическую безопасность хранения и транспортировки ОЯТ с учетом возможных аварийных ситуаций в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ.During the drying of concrete, gas pipelines 10 and 11 with collectors 12 and 13 through the open airtight valves 14 and 15 communicate with the atmosphere. After drying is completed, shut-off devices 16 of valves 14 and 15 are closed. Under normal operating conditions, i.e. under normal (trouble-free) operating conditions determined by the project, with a rather slow process of accumulation of gas evolution products in the concrete mass, valves 14 and 15 are hermetically closed and only after accumulation of gas evolution products and some increase in gas pressure inside the concrete mass, valves 14, 15 open and discharge gases from closed cavities "a" and "b", after which the above-mentioned valves are again closed. Thus, during transportation and long-term storage of MBC with SNF, the integrity of the cavities “a” and “b” is ensured and, therefore, three sealing circuits of the internal cavity “c” of the container, which increases the environmental safety of storage and transportation of spent fuel taking into account possible emergency situations in accordance with with IAEA recommendations.

При эксплуатации МБК водород, который образуется в бетонном массиве в результате реакций радиолиза воды и коррозии металла, за счет диффузии по бетону достигает газопроводящих металлических тросов (газопроводов) 10, 11 и далее через коллекторы соответственно 12 и 13, периодически открываемые клапаны 14, 15 выходит из контейнера во внешнюю среду (т.е. в окружающее контейнер пространство). Таким образом, обеспечивается предохранение контейнера от разрушения вследствие повышения давления водорода внутри бетонного массива в результате реакций радиолиза и коррозии металла.During MBK operation, hydrogen, which is formed in the concrete mass as a result of water radiolysis and metal corrosion reactions, reaches gas-conducting metal cables (gas pipelines) 10, 11 due to concrete diffusion, and then through collectors 12 and 13, respectively, periodically opening valves 14, 15 exit from the container to the external environment (i.e. to the space surrounding the container). Thus, the container is protected from destruction due to an increase in hydrogen pressure inside the concrete mass as a result of radiolysis and metal corrosion.

В условиях эксплуатации МБК, особенно при его многократном использовании для транспортировки ОЯТ в течение длительного срока, когда контейнер подвергается циклическому транспортному, вибрационному нагружению и нагружению от действия инерционных нагрузок при разгонах и торможениях транспортных средств, а также после возможных аварийных ситуаций и в период хранения МБК, загруженного ОЯТ, возникает необходимость проверки герметичности оболочек 1-3 контейнера. Эта задача решается путем отбора проб газовой среды из полостей «a» и «b» после подачи пробного газа, например гелия, во внутреннюю полость «c». Отбор проб осуществляют через клапан соответственно 14 или 15 и специальное присоединительное устройство (на чертеже не показано), соединяющее при открытом соответствующем запорном устройстве 16 полость соответственно «a» или «b» с внешней системой анализа газовой среды внутри бетонного заполнения. Таким образом, обеспечивается возможность контроля герметичности загруженного ОЯТ контейнера при установленных защитных крышках 7, 8 герметичного перекрытия контейнера, что повышает радиационную безопасность.Under the operational conditions of the MBC, especially when it is used repeatedly for SNF transportation over a long period, when the container is subjected to cyclic transport, vibration and loading due to inertial loads during acceleration and braking of vehicles, as well as after possible emergency situations and during storage of MBC loaded SNF, it becomes necessary to check the tightness of the shells 1-3 of the container. This problem is solved by sampling the gaseous medium from the cavities “a” and “b” after supplying a test gas, for example helium, to the internal cavity “c”. Sampling is carried out through a valve 14 or 15, respectively, and a special connecting device (not shown in the drawing) that connects the cavity “a” or “b” with an external gas analysis system inside the concrete filling when the corresponding locking device 16 is open. Thus, it is possible to control the tightness of the loaded SNF of the container with the protective covers 7, 8 of the hermetically sealed container installed, which increases radiation safety.

Таким образом, благодаря особенности исполнения металлобетонного контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива изобретение позволяет создать МБК, обеспечивающий повышение безопасности обращения с контейнером, загруженным отработавшим ядерным топливом. Вместе с этим в сравнении с ближайшим аналогом при тех же размерах корпуса МБК обеспечивается повышение прочностных и радиационно-защитных характеристик МБК при минимизации массы металлических оболочек корпуса, что, в конечном счете, обеспечивает снижение затрат на изготовление МБК. Кроме того, особенности исполнения контейнера позволяют в условиях существующей инфраструктуры (например, при использовании специальных транспортных средств) использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС, что позволяет сократить потребное количество контейнеров и тем самым дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ при использовании МБК.Thus, due to the particular design of the metal-concrete container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel, the invention allows the creation of an MBC that improves the handling safety of a container loaded with spent nuclear fuel. At the same time, in comparison with the closest analogue with the same MBK case dimensions, the strength and radiation-protective characteristics of the MBC are increased while minimizing the mass of the metal shells of the case, which ultimately reduces the cost of manufacturing MBK. In addition, the design features of the container allow the use of metal containers with optimal overall weight characteristics in terms of the existing infrastructure (for example, when using special vehicles) from the point of view of the number of SFAs being placed (loaded), which reduces the required number of containers and thereby makes it possible reduce the cost of implementing the concept of dry storage of spent nuclear fuel when using MBC.

Claims

1. A metal-concrete container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel, comprising metal inner, intermediate and outer cylindrical shells with bottoms, the cavities between which are filled with reinforced concrete, hermetically sealed said cavities and the container’s inner cavity, which is made in the form of at least two covers mounted one above the other on a common metal base and forming two concentric sealing circuits with the latter, moreover, in the cavity between reinforcement is arranged in the daily and outer cylindrical shells, characterized in that it contains particularly strong superheavy concrete as concrete, and the cavity between the inner and intermediate cylindrical shells is filled with concrete of lower density than the density of concrete with which the cavity between the intermediate and outer cylindrical shells is filled, in each of the cavities between the cylindrical shells inside the concrete filling, gas pipelines with collectors are installed, and each collector is made n with the possibility of communication through an appropriate hermetic valve equipped with a shut-off device, with the atmosphere during the drying of concrete during the manufacture of the container and with an external gas analysis system inside the concrete during storage of the container loaded with spent nuclear fuel, while one of the hermetic valves is mounted in a nest made on the outside in the wall of the aforementioned hermetic overlap, and the other is placed inside the concrete filling of the cavity formed by the intermediate and uzhnoy cylindrical shells and installed inside the outer cylindrical shell, wherein the container is provided with a removable annular damping element arranged to tightly cover outer cylindrical shell fitted to the top of the container.

2. The container according to claim 1, characterized in that the gas pipelines with manifolds are made in the form of metal cables.

3. The container according to claim 1, characterized in that the removable damping ring element is made of at least three ring segments, fastened together using threaded connections.

4. The container according to claim 1, characterized in that on the outer cylindrical shell there are support elements for installing said removable damping ring element in a normal position relative to the center of mass of the container loaded with spent nuclear fuel.