RU2538765C1 - Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium - Google Patents

Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium Download PDF

Info

Publication number
RU2538765C1
RU2538765C1 RU2013130053/07A RU2013130053A RU2538765C1 RU 2538765 C1 RU2538765 C1 RU 2538765C1 RU 2013130053/07 A RU2013130053/07 A RU 2013130053/07A RU 2013130053 A RU2013130053 A RU 2013130053A RU 2538765 C1 RU2538765 C1 RU 2538765C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compensation channel
liquid
tank
container
radioactive substances
Prior art date
Application number
RU2013130053/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013130053A (en
Inventor
Сергей Витальевич Амосов
Дмитрий Анатольевич Гончаров
Александр Викторович Ещеркин
Валерий Павлович Смирнов
Юрий Борисович Хихля
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Сосны"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Сосны" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Сосны"
Priority to RU2013130053/07A priority Critical patent/RU2538765C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2538765C1 publication Critical patent/RU2538765C1/en
Publication of RU2013130053A publication Critical patent/RU2013130053A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, atomic power.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of disposing and storing spent nuclear fuel and can be used in storages of radioactive substances. The disclosed method comprises disposing radioactive substances (1) in a liquid-filled container (3), wherein the inner cavity of the container (2), which is bounded at the top by a cover (7), is linked to a liquid medium (10) surrounding container by a compensation channel (5) and a gas outlet pipe (8). The volume of the compensation channel is made greater than the volume of the liquid in the container via thermal expansion, and the length of the compensation channel with an outlet opening (6) is selected based on the condition that the time at which radioactive substances dissolved in the liquid diffuse out through the compensation channel is greater than the storage time. The gas outlet pipe has a shape which provides a gas seal (9) therein when immersed in the liquid medium. The compensation channel and the gas outlet pipe are hermetically linked to the inner cavity of the container holding the liquid (4).
EFFECT: preventing radioactive liquid from falling out of the container into the surrounding liquid medium of a pond, removing gases formed in the container during radiolysis and filling the container with liquid without involving personnel and setting up special systems.
7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики, а именно к технологии размещения и хранения в жидкой среде радиоактивных веществ, в частности, отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), и может быть использовано в хранилищах радиоактивных веществ, преимущественно в бассейнах временного размещения, в том числе бассейнах выдержки на АЭС.The invention relates to the field of nuclear energy, and in particular to a technology for the placement and storage in a liquid medium of radioactive substances, in particular spent nuclear fuel (SNF), and can be used in storages of radioactive substances, mainly in temporary storage basins, including holding pools at the nuclear power plant.

Известен способ хранения отработавшего ядерного топлива (патент РФ №2403633, кл. G21C 19/06, G21F 9/36, опубл. 10.11.2010) путем размещения в бассейне с обессоленной водой пеналов, перфорированных в верхней части, заполненных обессоленной водой. Уровень воды в пеналах и бассейне поддерживают ниже кромки отверстий, подавая периодически обессоленную воду от автономной емкости в пеналы и бассейн. Газы, образующиеся в результате радиолиза воды в пенале, выходят в надводное пространство хранилища и отводятся системой вентиляции.A known method of storing spent nuclear fuel (RF patent No. 2403633, class G21C 19/06, G21F 9/36, publ. 10.11.2010) by placing in the pool with demineralized water canisters, perforated in the upper part, filled with demineralized water. The water level in the canisters and the pool is maintained below the edge of the holes, supplying periodically demineralized water from an autonomous tank to the canisters and the pool. Gases generated as a result of radiolysis of water in the canister exit to the surface of the storage and are vented by the ventilation system.

Устройство, реализующее способ, состоит из открытого пенала (емкости), перфорированного в верхней части. Пеналы снабжены фланцами, за которые подвешиваются на балках перекрытия бассейна хранилища и перемещаются перегрузочными машинами.A device that implements the method consists of an open pencil case (capacity) perforated in the upper part. Cases are equipped with flanges, for which they are suspended on the floor joists of the storage pool and moved by reloading machines.

Способ позволяет исключить попадание радиоактивной воды из пеналов с ОЯТ в водный бассейн хранилища и обеспечить чистоту воды в бассейне. В результате снижается уровень ионизирующего излучения в обслуживаемых помещениях хранилища и повышается безопасность хранения ОЯТ.The method allows to exclude the ingress of radioactive water from the spent fuel canisters into the storage water basin and to ensure the purity of the water in the pool. As a result, the level of ionizing radiation in the serviced premises of the storage facility decreases and the safety of storage of spent nuclear fuel increases.

Однако высота пенала должна на несколько метров превышать высоту размещенного в нем ОЯТ, в частности, отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), для обеспечения радиационной защиты персонала за счет слоя воды над ОЯТ. Такие устройства невозможно разместить в бассейне компактно, например, в два яруса. Перегрузка ОЯТ из такого пенала может быть выполнена только с подъемом его из воды выше торца пенала, что делает невозможным осуществлять радиационно более безопасную перегрузку ОЯТ под водой.However, the height of the case should be several meters higher than the height of spent nuclear fuel placed in it, in particular spent fuel assemblies (SFA), to ensure radiation protection of personnel due to the water layer above the spent fuel. Such devices cannot be placed compactly in the pool, for example, in two tiers. SNF reloading from such a canister can only be performed by lifting it out of the water above the end of the canister, which makes it impossible to carry out radiation-safe SNF reloading under water.

Кроме того, требуется постоянный контроль уровня воды в пеналах и бассейне и поддержание этого уровня ниже кромки отверстий.In addition, constant monitoring of the water level in the canisters and the pool and maintaining this level below the edge of the holes is required.

Известен способ размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 в жидкой среде, реализованный в устройстве «Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000» (патент РФ №2477899, кл. G21C 19/06, опубл. 20.03.2013), включающий размещение радиоактивных веществ в заполненной жидкостью емкости. По данному способу ОТВС размещают в трубах чехла, заполненных водой. Трубы разделены дистанционирующими решетками, закрепленными на центральной несущей трубе. К нижнему торцу труб герметично присоединены днища, образуя емкость, а к верхним торцам - фланцы. На трубы герметично устанавливают крышки, которые снабжены головками, в верхней части которых установлены металлокерамические фильтры. Чехол размещают в бассейне хранилища.A known method of placement and storage of spent fuel assemblies of the VVER-1000 reactor in a liquid medium, implemented in the device "Cover for the placement and storage of spent fuel assemblies of the VVER-1000 reactor" (RF patent No. 2477899, CL G21C 19/06, publ. 20.03. 2013), including the placement of radioactive substances in a liquid-filled container. According to this method, the SFA is placed in the tubes of the case filled with water. The pipes are separated by spacer grids mounted on a central support pipe. The bottoms are hermetically connected to the lower end of the pipes, forming a container, and to the upper ends - flanges. The pipes are hermetically sealed with caps, which are equipped with heads, in the upper part of which ceramic-metal filters are installed. The case is placed in the storage pool.

Способ позволяет обеспечить безопасное хранение ОТВС, в том числе дефектных ОТВС, в бассейне хранилища, поскольку исключается циркуляция воды в трубах чехла за счет их герметизации и выход радиоактивной воды в бассейн. Газы, образующиеся во внутренней полости труб в результате радиолиза, удаляются через металлокерамические фильтры. Устройство компактно и может быть использовано в ограниченном пространстве, в частности, в бассейнах выдержки на АЭС, не нарушая при этом штатную работу реактора.The method allows for the safe storage of SFAs, including defective SFAs, in the storage pool, since water circulation in the tubes of the cover due to their sealing and the release of radioactive water into the pool is excluded. Gases formed in the inner cavity of the pipes as a result of radiolysis are removed through cermet filters. The device is compact and can be used in a limited space, in particular in holding pools at nuclear power plants, without disturbing the normal operation of the reactor.

В данном способе обеспечено только удаление из внутренней полости труб газов, но не предусмотрена возможность пополнения труб водой. В результате чего возможно снижение уровня воды в трубах и, как следствие, перегрев ОТВС, что может привести к аварийной ситуации.In this method, only removal of gases from the internal cavity of the pipes is provided, but the possibility of replenishing the pipes with water is not provided. As a result, it is possible to reduce the water level in the pipes and, as a consequence, overheating of the SFA, which can lead to an emergency.

Заявляемый способ позволяет обеспечить безопасность хранения радиоактивных веществ путем исключения попадания радиоактивной жидкости из емкости в окружающую ее жидкую среду бассейна и осуществления отвода газов, образующихся в емкости при радиолизе, при обеспечении пополнения емкости жидкостью без участия персонала и создания специальных систем.The inventive method allows to ensure the safety of storage of radioactive substances by eliminating the ingress of radioactive liquid from the tank into the surrounding liquid environment of the pool and the removal of gases generated in the tank during radiolysis, while ensuring the replenishment of the tank with liquid without the participation of personnel and the creation of special systems.

Указанный результат достигается тем, что способ размещения и хранения радиоактивных веществ в жидкой среде включает размещение радиоактивных веществ в заполненной жидкостью емкости, при этом внутреннюю полость емкости соединяют с окружающей емкость жидкой средой компенсационным каналом, по меньшей мере, одним, и газоотводной трубкой, по меньшей мере, одной. Объем компенсационного канала выполняют превышающим увеличение объема жидкости в емкости за счет теплового расширения, а длину компенсационного канала выбирают из условия превышения времени выхода за счет диффузии через компенсационный канал растворенных в жидкости радиоактивных веществ над временем хранения с учетом теплового расширения жидкости. Газоотводную трубку выполняют в форме, обеспечивающей газовый затвор в ней при погружении в жидкую среду. При этом компенсационный канал и газоотводную трубку соединяют с внутренней полостью емкости герметично.This result is achieved by the fact that the method of placement and storage of radioactive substances in a liquid medium comprises placing radioactive substances in a container filled with liquid, wherein the internal cavity of the container is connected to the surrounding liquid container by a compensation channel, at least one, and a gas pipe, at least at least one. The volume of the compensation channel is performed in excess of the increase in the volume of liquid in the tank due to thermal expansion, and the length of the compensation channel is selected from the condition that the exit time is exceeded due to diffusion of the radioactive substances dissolved in the liquid over the storage time taking into account the thermal expansion of the liquid through the compensation channel. The vent pipe is made in a form that provides a gas shutter in it when immersed in a liquid medium. In this case, the compensation channel and the vent pipe are connected to the internal cavity of the tank hermetically.

Компенсационный канал могут выполнить в виде трубки, которую преимущественно укладывают в форме спирали.The compensation channel can be made in the form of a tube, which is mainly laid in the form of a spiral.

Компенсационный канал могут выполнить в виде винтовой канавки, витки которой изолируют друг от друга для исключения протечек между ними.The compensation channel can be made in the form of a helical groove, the turns of which are isolated from each other to prevent leaks between them.

Компенсационный канал и газоотводную трубку могут разместить в одном корпусе, при этом корпус соединяют с внутренней полостью емкости герметично.The compensation channel and gas pipe can be placed in one housing, while the housing is connected to the internal cavity of the tank hermetically.

Компенсационный канал могут выполнить охватывающим газоотводную трубку.The compensation channel may be made covering a gas pipe.

Газоотводную трубку могут соединить с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами.The vent pipe may be connected to the compensating channel by downward outlet ducts.

Емкость могут снабдить крышкой с отводящим штуцером, газоотводную трубку соединить с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами и выполнить соединение газоотводной трубки со штуцером емкости герметичным.The container may be provided with a cover with a discharge fitting, the gas outlet pipe connected to the compensation channel with downward outlet channels, and the gas outlet pipe sealed with the container fitting.

Соединение внутренней полости емкости с окружающей емкость жидкой средой компенсационным каналом и газоотводной трубкой позволяет разделить пути выхода из емкости жидкости с растворенными в ней радиоактивными веществами и газа. При этом в зависимости от конструкции емкости, формы исполнения компенсационного канала и газоотводной трубки, условий эксплуатации и других факторов могут быть использованы несколько компенсационных каналов и/или газоотводных трубок. Они могут быть выполнены независимыми, либо соединены между собой.The connection of the internal cavity of the container with the liquid medium surrounding the container by the compensation channel and the gas pipe allows you to separate the exit paths from the tank of liquid with the dissolved radioactive substances and gas. Moreover, depending on the design of the tank, the form of execution of the compensation channel and the exhaust pipe, operating conditions and other factors, several compensation channels and / or gas pipes can be used. They can be made independent, or interconnected.

Выполнение объема компенсационного канала превышающим увеличение объема жидкости в емкости за счет теплового расширения и выбор длины компенсационного канала из условия превышения времени выхода за счет диффузии через компенсационный канал растворенных в жидкости радиоактивных веществ над временем хранения с учетом теплового расширения жидкости исключит выход жидкости из емкости и растворенных в ней радиоактивных веществ в жидкую среду бассейна хранения. При этом компенсационный канал обеспечит подпитку емкости жидкостью из бассейна, что гарантированно исключит снижение уровня жидкости в емкости, а следовательно, аварийные ситуации, связанные с перегревом хранящихся в емкости радиоактивных веществ, в частности, ОТВС. Кроме того, обеспечение пополнения емкости жидкостью происходит без участия персонала и создания специальных систем.The fulfillment of the volume of the compensation channel in excess of the increase in the volume of liquid in the tank due to thermal expansion and the choice of the length of the compensation channel from the condition that the exit time is exceeded due to diffusion through the compensation channel of the radioactive substances dissolved in the liquid over the storage time, taking into account the thermal expansion of the liquid, will exclude the liquid from it contains radioactive substances into the liquid medium of the storage pool. At the same time, the compensation channel will ensure that the tank is replenished with liquid from the pool, which is guaranteed to exclude a decrease in the liquid level in the tank, and therefore, emergency situations associated with overheating of radioactive substances stored in the tank, in particular, SFA. In addition, ensuring the replenishment of the tank with liquid occurs without the participation of personnel and the creation of special systems.

Выполнение газоотводной трубки в форме, обеспечивающей газовый затвор в ней при погружении в жидкую среду, обеспечит выход газа из емкости через газоотводную трубку и предотвратит выход через нее жидкости из емкости. Газовый затвор исключит также вынос через газоотводную трубку жидкости из емкости с пузырьками газа. При этом газовый затвор будет самовосстанавливающимся за счет радиолиза жидкости в емкости и образования радиолитических газов. В качестве жидкости в емкости используется преимущественно обессоленная вода или водные растворы, содержащие, например, антикоррозионные добавки.The execution of the gas outlet tube in a form that provides a gas shutter in it when immersed in a liquid medium, will ensure the exit of gas from the tank through the gas pipe and prevent the escape of liquid from the tank through it. The gas shutter will also exclude the removal of liquid through the vent pipe from the container with gas bubbles. In this case, the gas shutter will be self-healing due to radiolysis of the liquid in the tank and the formation of radiolytic gases. Desalinated water or aqueous solutions containing, for example, anticorrosive additives are used as the liquid in the tank.

Компенсационный канал и газоотводную трубку соединяют с внутренней полостью емкости герметично, тем самым исключают протечки жидкости из емкости в жидкую среду бассейна хранения в местах соединения компенсационного канала и газоотводной трубки с внутренней полостью емкости.The compensation channel and the exhaust pipe are connected tightly to the internal cavity of the tank, thereby eliminating leakage of liquid from the tank into the liquid medium of the storage pool at the junction of the compensation channel and the gas pipe with the internal cavity of the tank.

Выполняя компенсационный канал в виде трубки, которую преимущественно укладывают в виде спирали, или выполняя компенсационный канал в виде винтовой канавки, витки которой изолируют друг от друга для исключения протечек между ними, обеспечивают отсутствие выхода через компенсационный канал растворенных в жидкости внутри емкости радиоактивных веществ за счет естественной конвекции.By performing a compensation channel in the form of a tube, which is mainly laid in the form of a spiral, or by performing a compensation channel in the form of a helical groove, the turns of which are isolated from each other to prevent leaks between them, ensure that no radioactive substances dissolved in the liquid inside the tank are released through the compensation channel due to natural convection.

Размещая компенсационный канал и газоотводную трубку в одном корпусе и выполняя компенсационный канал в виде спирали или винтовой канавки, охватывающей газоотводную трубку, достигают реализации способа более компактным устройством, что позволяет использовать его в ограниченном пространстве, в частности, в бассейнах выдержки на АЭС, не нарушая при этом штатную работу реактора. В некоторых случаях реализации способа, например, для емкости, крышка которой имеет отводящий штуцер, газоотводную трубку могут соединить со штуцером герметично и выполнить соединение газоотводной трубки с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами. Соединение газоотводной трубки с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами обеспечит выход газа только через газоотводную трубку и предотвратит выход газа через компенсационный канал.By placing the compensation channel and the exhaust pipe in one housing and making the compensation channel in the form of a spiral or a helical groove covering the exhaust pipe, the method is realized with a more compact device, which makes it possible to use it in a limited space, in particular in holding pools at nuclear power plants, without violating while the regular operation of the reactor. In some cases, the implementation of the method, for example, for a container, the lid of which has a discharge fitting, the vent pipe can be connected to the nozzle hermetically and connect the vent pipe to the compensation channel by downstream outlet channels. The connection of the vent pipe to the compensating channel with the downflow ducts will only allow gas to escape through the vent pipe and will prevent the gas from escaping through the compensation duct.

Заявляемый способ проиллюстрирован схемами, представленными на Фиг.1 и Фиг.2, где 1 - радиоактивные вещества; 2 - емкость; 3 - бассейн хранения; 4 - жидкость во внутренней полости емкости; 5 - компенсационный канал; 6 - выходное отверстие компенсационного канала; 7 - крышка; 8 - газоотводная трубка; 9 - газовый затвор; 10 - жидкая среда бассейна хранения; 11 - нисходящие отводные каналы; 12 - штуцер.The inventive method is illustrated by the schemes presented in figure 1 and figure 2, where 1 is a radioactive substance; 2 - capacity; 3 - storage pool; 4 - liquid in the internal cavity of the tank; 5 - compensation channel; 6 - outlet of the compensation channel; 7 - a cover; 8 - gas outlet pipe; 9 - gas shutter; 10 - liquid medium of the storage pool; 11 - downward branch channels; 12 - fitting.

На графике Фиг.3 и в таблице Фиг.4 представлены результаты расчета распределения потока активности по длине компенсационного канала для разных сроков хранения емкости.The graph of Figure 3 and the table of Figure 4 presents the results of calculating the distribution of the activity flow along the length of the compensation channel for different storage periods of the tank.

Способ осуществляется следующим образом. Радиоактивные вещества (1) размещают в емкости (2), которая установлена в бассейне (3) и заполнена жидкостью (4), и закрывают крышкой (7). Внутреннюю полость емкости (2) соединяют компенсационным каналом (5), имеющим выходное отверстие (6), и газоотводной трубкой (8) с окружающей емкость жидкой средой (10) бассейна хранения (3). Газоотводную трубку (8) выполняют в форме, обеспечивающей газовый затвор (9) в ней при погружении в жидкую среду (10). Для герметичного соединения компенсационного канала (5) и газоотводной трубки (8) с внутренней полостью емкости (2) используют известные разъемные или неразъемные соединения (на схемах не изображены). На схеме Фиг.1 показано выполнение компенсационного канала (5) в виде трубки, уложенной в форме спирали и охватывающей корпус емкости (2). На схеме Фиг.2, иллюстрирующей реализацию заявляемого способа, емкость (2) снабжена крышкой (7) с отводящим штуцером (12). Газоотводная трубка (8) и охватывающий ее компенсационный канал (5) размещены в одном корпусе в виде отдельного устройства, которое устанавливают сверху на крышку (7) емкости (2), при этом обеспечивают герметичное соединение (элементы соединения на схеме не показаны) газоотводной трубки (8) со штуцером (12). Газоотводную трубку (8) и компенсационный канал (5) соединяют между собой нисходящими отводными каналами (11). На этой же схеме показано выполнение компенсационного канала (5) в виде винтовой канавки, витки которой изолируют друг от друга для исключения протечек между ними. Использование нескольких компенсационных каналов и/или газоотводных трубок и их возможное соединение между собой на схемах не показано.The method is as follows. Radioactive substances (1) are placed in a container (2), which is installed in the pool (3) and is filled with liquid (4), and is closed with a lid (7). The internal cavity of the tank (2) is connected by a compensation channel (5) having an outlet (6) and a gas outlet pipe (8) with the surrounding liquid medium (10) of the storage pool (3). The gas outlet pipe (8) is made in a form providing a gas shutter (9) in it when immersed in a liquid medium (10). For hermetic connection of the compensation channel (5) and gas pipe (8) with the internal cavity of the tank (2) using known detachable or one-piece connections (not shown in the diagrams). The diagram of Figure 1 shows the implementation of the compensation channel (5) in the form of a tube laid in the form of a spiral and covering the container body (2). In the diagram of FIG. 2, illustrating the implementation of the proposed method, the container (2) is provided with a lid (7) with a discharge fitting (12). The gas outlet pipe (8) and the compensation channel (5) covering it are placed in one housing as a separate device, which is mounted on top of the cover (7) of the container (2), while ensuring a tight connection (connection elements are not shown in the diagram) of the gas outlet pipe (8) with fitting (12). The gas outlet pipe (8) and the compensation channel (5) are connected to each other by downward outlet channels (11). The same diagram shows the implementation of the compensation channel (5) in the form of a helical groove, the turns of which are isolated from each other to prevent leaks between them. The use of several compensation channels and / or gas pipes and their possible connection between themselves is not shown in the diagrams.

Пример. В емкость объемом 0,03 м3, погруженную в водную среду бассейна хранения и заполненную водой, было загружено ОЯТ в виде фрагментов ОТВС и твэлов, содержащих таблетки топлива. Объем воды в емкости составил 0,024 м3. К емкости герметично подсоединили трубку, выполняющую функции компенсационного канала, и газоотводную трубку, которые соединили внутреннюю полость емкости с водной средой бассейна хранения. Площадь поперечного сечения компенсационного канала и газоотводной трубки была выбрана равной ≈10-4 м2. Газоотводную трубку в верхней части выполнили изогнутой в форме «гусака», что при погружении в бассейн обеспечило образование в ней газового затвора. Предполагалось хранение емкости с ОЯТ в бассейне в течение 5 лет. Температура воды в бассейне при нормальном режиме хранения составляет от 30°C до 40°C, при аварийном режиме допускается кратковременное (несколько суток) повышение температуры воды до 100°C без кипения. Абсолютное давление внутри емкости (с учетом гидростатического давления) составляло от 135 до 205 кПа.Example. SNF in the form of SNF fragments and fuel elements containing fuel pellets were loaded into a 0.03 m 3 capacity vessel immersed in the aqueous medium of the storage pool and filled with water. The volume of water in the tank was 0.024 m 3 . A tube performing the function of the compensation channel and a gas outlet tube that connected the internal cavity of the container with the aqueous medium of the storage pool were hermetically connected to the tank. The cross-sectional area of the compensation channel and gas pipe was chosen equal to ≈10 -4 m 2 . The vent pipe in the upper part was made curved in the shape of a “gander”, which, when immersed in the pool, ensured the formation of a gas shutter in it. It was supposed to store the SNF tank in the pool for 5 years. The water temperature in the pool during normal storage is from 30 ° C to 40 ° C, in emergency mode, a short-term (several days) rise in water temperature to 100 ° C without boiling is allowed. The absolute pressure inside the vessel (taking hydrostatic pressure into account) ranged from 135 to 205 kPa.

При увеличении температуры воды в бассейне от 30°C до 100°C увеличение объема воды в емкости в результате теплового расширения составит:If the temperature of the water in the pool increases from 30 ° C to 100 ° C, the increase in the volume of water in the tank as a result of thermal expansion will be:

Δ V B = V B 0 ρ 2 0 ρ 6 0 ρ 2 0 = 0 , 0 2 9 9 5 , 6 8 9 5 8 , 3 0 9 9 5 , 6 8 7 , 5 1 0 4 м 3 ; ( 1 )

Figure 00000001
Δ V B = V B 0 ρ 2 0 - ρ 6 0 ρ 2 0 = 0 , 0 2 9 9 5 , 6 8 - 9 5 8 , 3 0 9 9 5 , 6 8 7 , 5 one 0 - four m 3 ; ( one )
Figure 00000001

где Where

ΔVB - увеличение объема воды;ΔV B - increase in water volume;

VB0 - объем воды в емкости при температуре 30°C, VB0=0,02 м3;V B0 is the volume of water in the tank at a temperature of 30 ° C, V B0 = 0.02 m 3 ;

ρ20 - плотность воды при температуре 30°C, ρ20=995,68 кг/м3;ρ 20 is the density of water at a temperature of 30 ° C, ρ 20 = 995.68 kg / m 3 ;

ρ60 - плотность воды при температуре 100°C, ρ60=958,30 кг/м3.ρ 60 is the density of water at a temperature of 100 ° C, ρ 60 = 958.30 kg / m 3 .

Значения плотности воды взяты из справочной литературы (Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. - М.: Атомиздат, 1968).The values of the density of water are taken from the reference literature (Chirkin B.C. Thermophysical properties of materials of nuclear technology. Reference book. - Moscow: Atomizdat, 1968).

Таким образом, при площади поперечного сечения компенсационного канала ≈10-4 м2 для компенсации теплового расширения воды в емкости во всех режимах хранения его длина должна составлять не менее 7,5 м.Thus, with a cross-sectional area of the compensation channel ≈10 -4 m 2 to compensate for the thermal expansion of water in the tank in all storage modes, its length should be at least 7.5 m.

Для оценки выхода радиоактивных веществ из пенала за счет диффузии через компенсационный канал используем закон Фика, заменив градиент концентрации на градиент объемной активности воды:To estimate the release of radioactive substances from the canister due to diffusion through the compensation channel, we use Fick's law, replacing the concentration gradient with the gradient of volumetric activity of water:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

j - плотность потока активности, Бк/(м2с);j is the activity flux density, Bq / (m 2 s);

а - объемная активность воды (сумма по всем изотопам), Бк/м3; a - volumetric activity of water (the sum of all isotopes), Bq / m 3 ;

x - расстояние от входного отверстия компенсационного канала, м;x is the distance from the inlet of the compensation channel, m;

D - коэффициент диффузии продуктов деления в воде, м2/с.D is the diffusion coefficient of fission products in water, m 2 / s.

Распределение объемной активности воды по длине компенсационного канала x через время t можно найти из решения нестационарной задачи:The distribution of the volumetric activity of water along the length of the compensation channel x after time t can be found from the solution of the non-stationary problem:

Figure 00000003
Figure 00000003

Начальные и граничные условия:Initial and boundary conditions:

a(t≤0, x>0)=а БВ - в начальный момент компенсационный канал заполнен водой бассейна с активностью а БВ, a (t≤0, x> 0) = a BV - at the initial moment, the compensation channel is filled with pool water with activity a BV ,

a(t,x=0)=а П - активность воды на входе в компенсационный канал равна активности воды в емкости а П, a (t, x = 0) = a P - the activity of water at the entrance to the compensation channel is equal to the activity of water in the tank a P ,

a(t,x=∞)=а БВ; a (t, x = ∞) = a BV ;

Решение данной задачи аналогично решению нестационарной задачи нагревания полубесконечного слоя (Берд Р., Стюарт В., Лайтфут Е., Явления переноса. Пер с англ. Н.Н. Кулова. - М.: "Химия", 1974) и для потока активности J через сечение S компенсационного канала с координатой x через время t после герметизации емкости имеет вид:The solution of this problem is similar to the solution of the non-stationary problem of heating a semi-infinite layer (Bird R., Stuart V., Lightfoot E., Transport Phenomena. Transl. From English NN Kulova. - M .: "Chemistry", 1974) and for the activity flow J through the cross-section S of the compensation channel with the coordinate x in time t after sealing the container has the form:

J ( t , x ) = j ( t , x ) S = ( a П a Б В ) S D π t e x p ( x 2 4 D t ) . ( 4 )

Figure 00000004
J ( t , x ) = j ( t , x ) S = ( a P - a B AT ) S D π t e x p ( - x 2 four D t ) . ( four )
Figure 00000004

При расчете J(t,x) коэффициент диффузии для всех радионуклидов принят равным 10-9 м2/с (консервативное значение). Объемная активность воды в емкости определялась по предельной растворимости урана 1,62·10-2 г/л с учетом периодов полураспада изотопов.When calculating J (t, x), the diffusion coefficient for all radionuclides is assumed to be 10 -9 m 2 / s (conservative value). The volumetric activity of water in the tank was determined by the limiting solubility of uranium 1.62 · 10 -2 g / l taking into account the half-lives of isotopes.

На графике Фиг.3 и в таблице Фиг.4 представлены результаты расчета распределения потока активности по длине компенсационного канала для разных сроков хранения емкости.The graph of Figure 3 and the table of Figure 4 presents the results of calculating the distribution of the activity flow along the length of the compensation channel for different storage periods of the tank.

С учетом (1) и результатов расчетов, представленных в таблице Фиг.4, длина компенсационного канала должна составлять не менее 10,25 м: 7,5 м - для компенсации теплового расширения воды в емкости и 2,75 м - для предотвращения выхода радиоактивных веществ в воду бассейна за счет диффузии через компенсационный канал. Консервативно было выбрано значение 10,5 м.Taking into account (1) and the calculation results presented in the table of Figure 4, the length of the compensation channel should be at least 10.25 m: 7.5 m to compensate for the thermal expansion of water in the tank and 2.75 m to prevent the release of radioactive substances into the pool water due to diffusion through the compensation channel. The value of 10.5 m was conservatively chosen.

В течение 5 лет хранения емкости в бассейне проводились периодические замеры локального значения объемной активности воды на выходе из компенсационного канала, которые не показали превышения над средней активностью воды в бассейне, что подтверждает отсутствие выхода из емкости растворенных в жидкости радиоактивных веществ. Удаление газов, выходящих через газоотводную трубку, осуществляли штатной системой сдувки с поверхности воды бассейна. При этом во время хранения обеспечивалось постоянное пополнение емкости жидкостью.During 5 years of storage of the tank in the pool, periodic measurements of the local volumetric activity of water at the outlet of the compensation channel were carried out, which did not show an excess over the average activity of water in the pool, which confirms the absence of the release of radioactive substances dissolved in the liquid from the tank. The removal of gases exiting through the vent pipe was carried out by a regular blow-off system from the pool water surface. At the same time, during storage, constant replenishment of the tank with liquid was provided.

Таким образом, проведенные испытания подтвердили осуществимость способа и обеспечение безопасности хранения радиоактивных веществ, то есть достижение заявляемого эффекта.Thus, the tests confirmed the feasibility of the method and ensuring the safety of storage of radioactive substances, that is, the achievement of the claimed effect.

Claims (7)

1. Способ размещения и хранения радиоактивных веществ в жидкой среде, включающий размещение радиоактивных веществ в заполненной жидкостью емкости, отличающийся тем, что внутреннюю полость емкости соединяют с окружающей емкость жидкой средой компенсационным каналом, по меньшей мере, одним, и газоотводной трубкой, по меньшей мере, одной, при этом объем компенсационного канала выполняют превышающим увеличение объема жидкости в емкости за счет теплового расширения, а длину компенсационного канала выбирают из условия превышения времени выхода за счет диффузии через компенсационный канал растворенных в жидкости радиоактивных веществ над временем хранения с учетом теплового расширения жидкости, газоотводную трубку выполняют в форме, обеспечивающей газовый затвор в ней при погружении в жидкую среду, при этом компенсационный канал и газоотводную трубку соединяют с внутренней полостью емкости герметично.1. The method of placement and storage of radioactive substances in a liquid medium, comprising placing radioactive substances in a tank filled with liquid, characterized in that the internal cavity of the tank is connected to the surrounding liquid tank by a compensation channel, at least one, and a gas pipe, at least , one, while the volume of the compensation channel is performed in excess of the increase in the volume of liquid in the tank due to thermal expansion, and the length of the compensation channel is selected from the condition that the output time exceeds ode due to diffusion through the compensation channel of the radioactive substances dissolved in the liquid over the storage time, taking into account the thermal expansion of the liquid, the exhaust pipe is made in a form that provides a gas shutter in it when immersed in a liquid medium, while the compensation channel and the exhaust pipe are connected to the internal cavity of the tank hermetically sealed. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсационный канал выполняют в виде трубки, которую преимущественно укладывают в форме спирали.2. The method according to claim 1, characterized in that the compensation channel is in the form of a tube, which is mainly laid in the form of a spiral. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсационный канал выполняют в виде винтовой канавки, витки которой изолируют друг от друга для исключения протечек между ними.3. The method according to claim 1, characterized in that the compensation channel is in the form of a helical groove, the turns of which are isolated from each other to prevent leaks between them. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсационный канал и газоотводную трубку размещают в одном корпусе, при этом корпус соединяют с внутренней полостью емкости герметично.4. The method according to claim 1, characterized in that the compensation channel and the vent pipe are placed in one housing, while the housing is connected to the internal cavity of the tank hermetically. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсационный канал выполняют охватывающим газоотводную трубку.5. The method according to claim 1, characterized in that the compensation channel is performed covering the gas pipe. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что газоотводную трубку соединяют с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами.6. The method according to claim 1, characterized in that the vent pipe is connected to the compensation channel by downward outlet channels. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что емкость снабжают крышкой с отводящим штуцером, газоотводную трубку соединяют с компенсационным каналом нисходящими отводными каналами и выполняют соединение газоотводной трубки со штуцером герметичным. 7. The method according to claim 1, characterized in that the tank is provided with a lid with a discharge fitting, the gas outlet pipe is connected to the compensation channel by downward outlet channels, and the gas outlet tube is sealed to the union.
RU2013130053/07A 2013-07-02 2013-07-02 Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium RU2538765C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130053/07A RU2538765C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013130053/07A RU2538765C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2538765C1 true RU2538765C1 (en) 2015-01-10
RU2013130053A RU2013130053A (en) 2015-01-10

Family

ID=53278905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013130053/07A RU2538765C1 (en) 2013-07-02 2013-07-02 Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538765C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003063180A2 (en) * 2002-01-23 2003-07-31 Commissariat A L'energie Atomique Installation for the very long storage of products that emit a high heat flux
JP2009150607A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Central Res Inst Of Electric Power Ind Device for removing salt content in air
RU2403633C1 (en) * 2009-07-27 2010-11-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Method for storage of spent nuclear fuel
RU2477899C1 (en) * 2011-12-08 2013-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Jacket to install and store spent fuel assemblies of reactor vver-1000

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003063180A2 (en) * 2002-01-23 2003-07-31 Commissariat A L'energie Atomique Installation for the very long storage of products that emit a high heat flux
JP2009150607A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Central Res Inst Of Electric Power Ind Device for removing salt content in air
RU2403633C1 (en) * 2009-07-27 2010-11-10 Открытое акционерное общество "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Method for storage of spent nuclear fuel
RU2477899C1 (en) * 2011-12-08 2013-03-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" Jacket to install and store spent fuel assemblies of reactor vver-1000

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013130053A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102059618B1 (en) Managing nuclear reactor spent fuel rods
US3984282A (en) Passive containment system for a nuclear reactor
US11257600B2 (en) Sodium-cesium vapor trap system and method
US9761332B2 (en) Nuclear reactor neutron shielding
KR20140011351A (en) Self-contained emergency spent nuclear fuel pool cooling system
US9773575B2 (en) Passive filtration of air egressing from nuclear containment
US9466399B2 (en) Expansion gap radiation shield
EP3183733B1 (en) Spent fuel storage rack
RU2538765C1 (en) Method of disposing and storing radioactive substances in liquid medium
US5196161A (en) Fail-safe storage rack for irradiated fuel rod assemblies
RU2624823C2 (en) Nuclear solvent reactor
RU135838U1 (en) DEVICE FOR COMPENSATION OF VOLUME AND LOCALIZATION OF LIQUID IN A TANK FOR PLACING AND STORAGE OF RADIOACTIVE SUBSTANCES
RU2769102C1 (en) Passive cooling system of a nuclear reactor
KR101621420B1 (en) Method for Cooling an External Reactor Vessel by Flooding with Multiple Liquid Metals, and System for Cooling an External Reactor Vessel Using the Same Method
JP6305696B2 (en) Reactor decommissioning method and decommissioning system
McLean In-Vessel Retention (IVR) Design Features, Phenomenology and Technical Basis in the CANDU Reactor
RU2550092C2 (en) Method for prolonged storage of spent nuclear fuel
Poole Feasibility of Detecting Gas Leakage by Monitoring the Outer Surface Temperatures of a Horizontal SNF Canister: Numerical Simulations
CN115547528A (en) Research reactor radiation shielding device based on large water pool
Jung et al. Current Status of Analysis Tool for CANDU Spent Fuel Pool Accident in Korea
Coello Poole Feasibility of Detecting Gas Leakage by Monitoring the Outer Surface Temperatures of a Horizontal SNF Canister: Numerical Simulations
JP6582573B2 (en) Nuclear power plant and method for damping nuclear power plant
JP6034735B2 (en) Filter vent building
WO2020236823A1 (en) Passive venting arrangement of stoichiometric hydrogen plus oxygen gases generated in a shielded container
Kritzkij et al. Research Reactor Fuel Handling