RU2711078C1 - Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel - Google Patents
Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2711078C1 RU2711078C1 RU2019118687A RU2019118687A RU2711078C1 RU 2711078 C1 RU2711078 C1 RU 2711078C1 RU 2019118687 A RU2019118687 A RU 2019118687A RU 2019118687 A RU2019118687 A RU 2019118687A RU 2711078 C1 RU2711078 C1 RU 2711078C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- neutron
- protective barrier
- dual
- nuclear fuel
- spent nuclear
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
- G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
- G21F5/008—Containers for fuel elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение может использоваться в ядерной энергетике для транспортировки и временного хранения отработавшего ядерного топлива и других радиоактивных материалов.The invention can be used in nuclear energy for transportation and temporary storage of spent nuclear fuel and other radioactive materials.
Корпуса контейнеров для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, изготавливаемые из высокопрочного чугуна (ВЧШГ), имеют, как правило, цилиндрическую форму и значительные размеры. Например, контейнер ТУК 141О имеет максимальный диаметр контейнера - 2390 мм, максимальный габарит по грузовым цапфам - 2430 мм, высоту - 5860 мм, толщина стенок корпуса контейнера порядка 500 мм, масса загруженного контейнера 112000 кг, масса незагруженного контейнера - 98000 кг [Романова С. Упаковали топливо в обновку // Атомный эксперт, №7 (58), 2017. URL: atomicexpert.com/page1776738.html]. Для обеспечения радиационной безопасности транспортировки в стенку цилиндрического корпуса встраиваются вставки из нейтронно-защитного материала, которые обеспечивают защиту окружающей среды и обслуживающего персонала от нейтронного излучения. Также корпус контейнера должен обеспечивать хороший теплоотвод для предотвращения перегрева содержимого контейнера, которое может привести к запуску самопроизвольной ядерной реакции.Cases of containers for transportation and storage of spent nuclear fuel, made of ductile iron (ductile iron), are usually cylindrical in shape and of considerable size. For example, the TUK 141O container has a maximum container diameter of 2390 mm, a maximum dimension for cargo trunnions of 2430 mm, a height of 5860 mm, a wall thickness of the container body of about 500 mm, a loaded container weighs 112,000 kg, an unloaded container weighs 98,000 kg [Romanova C Packed fuel in a new thing // Atomic Expert, No. 7 (58), 2017. URL: atomicexpert.com/page1776738.html]. To ensure radiation safety of transportation, inserts of neutron-protective material are built into the wall of the cylindrical body, which protect the environment and maintenance personnel from neutron radiation. Also, the container body must provide good heat dissipation to prevent overheating of the contents of the container, which can lead to the launch of a spontaneous nuclear reaction.
В настоящее время конструкции промышленно выпускаемых контейнеров, эксплуатируемых в составе транспортно-упаковочных комплектов, требуют повышения технологичности конструкции для снижения трудоемкости работ при их изготовлении и сборке. При этом дополнительную сложность вызывает необходимость обеспечения требований по обеспечению радиационной защиты и характеристик теплопередачи, соответствующих требованиям МАГАТЭ.Currently, the designs of industrially produced containers operated as part of transport and packaging sets require increasing the manufacturability of the design to reduce the complexity of the work in their manufacture and assembly. In this case, additional complexity is caused by the need to ensure the requirements for radiation protection and heat transfer characteristics that comply with the IAEA requirements.
Известен контейнер для транспортирования и хранения радиоактивных отходов АЭС, содержащий двухслойную оболочку, выполненную из материалов с различными коэффициентами теплового расширения, между которыми дополнительно введен секционированный промежуточный слой, в секциях которого выполнены сквозные отверстия, заполненные материалом нейтронной защиты [Описание изобретения к патенту RU 2054205].A known container for transporting and storing radioactive waste of nuclear power plants, containing a two-layer shell made of materials with different coefficients of thermal expansion, between which an additional sectional intermediate layer is introduced, in the sections of which there are through holes filled with neutron protection material [Description of the invention to patent RU 2054205] .
Недостатком известного контейнера является сложность изготовления и монтажа дополнительного промежуточного слоя, состоящего из секций, имеющих сквозные отверстия, заполняемые материалом нейтронной защиты.A disadvantage of the known container is the complexity of the manufacture and installation of an additional intermediate layer consisting of sections having through holes filled with neutron protection material.
Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлический корпус, включающий днище, наружную и внутреннюю цилиндрические оболочки, полость между которыми заполнена материалом для поглощения нейтронов. Через материал для поглощения нейтронов пропущены элементы с высокой теплопроводностью, выполненные в виде радиальных продольных листовых элементов, которые прикреплены к наружной и внутренней цилиндрическим оболочкам корпуса с поджатием с помощью резьбовых элементов. Радиальные продольные листовые элементы имеют сквозные отверстия и/или прерывистые кромки с образованием выемок [Описание изобретения к патенту RU 2348085].A known container for transporting and / or storing spent nuclear fuel, comprising a metal housing including a bottom, outer and inner cylindrical shells, the cavity between which is filled with material for neutron absorption. Elements with high thermal conductivity, made in the form of radial longitudinal sheet elements, which are attached to the outer and inner cylindrical shells of the housing with compression by means of threaded elements, are passed through the neutron absorption material. Radial longitudinal sheet elements have through holes and / or discontinuous edges with the formation of recesses [Description of the invention to patent RU 2348085].
Недостатком известного контейнера является сложность монтажа элементов с высокой теплопроводностью, проходящих через материал для поглощения нейтронов при сборке контейнера.A disadvantage of the known container is the difficulty of mounting elements with high thermal conductivity passing through the material for neutron absorption during Assembly of the container.
Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, содержащий металлические внутреннюю и наружную цилиндрические оболочки с днищами, полость между которыми заполнена тяжелым бетоном [Описание изобретения к патенту RU 2084975].A known container for transporting and / or storage of spent nuclear fuel containing metal inner and outer cylindrical shells with bottoms, the cavity between which is filled with heavy concrete [Description of the invention to patent RU 2084975].
Недостатком известного контейнера является высокая трудоемкость заполнения полости между обечайками и арматурой тяжелым бетоном, а также недостаточная для высокоактивного топлива теплопроводность бетона.A disadvantage of the known container is the high complexity of filling the cavity between the shells and the reinforcement with heavy concrete, as well as the thermal conductivity of concrete insufficient for highly active fuel.
Известна конструкция контейнера для хранения радиоактивных материалов (Radioactive material storage container) состоящего из двух соосных внутреннего и внешнего цилиндров, которые соединены между собой перемычками, выполняющими роль теплоотводящих элементов, образуемые при этом пространства заполнены нейтронно-поглощающим материалом. Перемычки к цилиндрам крепятся посредством сварного соединения [Описание изобретения к патенту JP 2008082906].A known construction of a container for storing radioactive materials (Radioactive material storage container) consisting of two coaxial inner and outer cylinders, which are interconnected by jumpers that act as heat-removing elements, the spaces formed in this case are filled with neutron-absorbing material. Jumpers are attached to the cylinders by means of a welded joint [Description of the invention to JP 2008082906].
Недостатком известной конструкции контейнера является необходимость применения сварочной операции для соединения перемычек. Кроме того, возможно попадание быстрых нейтронов в окружающую среду через теплоотводящие элементы, соединяющие внешнюю и внутреннюю оболочки и проходящие сквозь нейтронно-поглощающий материал.A disadvantage of the known container design is the need for a welding operation to connect the jumpers. In addition, it is possible that fast neutrons can enter the environment through heat-removing elements connecting the outer and inner shells and passing through the neutron-absorbing material.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является известный контейнер ТУК 141О [Романова С. Упаковали топливо в обновку // Атомный эксперт, №7 (58), 2017. URL: atomicexpert.com/page1776738.html] включающий корпус из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, чехол из нержавеющей и борированной сталей. В стенках корпуса на концентрических диаметрах в шахматном порядке, со смещением в радиальном и угловом направлениях, таким образом, что обеспечивается их перекрытие по радиальным линиям, выполнены путем механической обработки два ряда продольных глухих отверстий. Данные отверстия заполнены стержнями из твердого нейтронно защитного материала (полиэтилена), который обеспечивает нейтронную защиту, являющуюся составной частью радиационной защиты контейнера. Оставшиеся перемычки между отверстиями обеспечивают отвод тепла от чехла к наружной поверхности корпуса устройства.The closest in nature and taken as a prototype is the well-known TUK 141O container [Romanova S. Packed the fuel in a new thing // Atomic Expert, No. 7 (58), 2017. URL: atomicexpert.com/page1776738.html] including a housing made of high-strength cast iron with spherical graphite, stainless steel and boron steel case. In the walls of the housing on concentric diameters in a checkerboard pattern, with displacement in the radial and angular directions, so that they overlap along the radial lines, two rows of longitudinal blind holes are made by machining. These holes are filled with rods of solid neutron protective material (polyethylene), which provides neutron protection, which is an integral part of the radiation protection of the container. The remaining jumpers between the holes provide heat removal from the cover to the outer surface of the device.
Недостаток известного контейнера ТУК 141О с использованием тепловыделяющих сборок (ТВС) с увеличенным уровнем выгорания и начального обогащения заключается в низкой технологичности его конструкции, обусловленной сложностью его изготовления. В виду того, что материал корпуса не обеспечивает должной защиты от нейтронного излучения, приходится выполнять отверстия для размещения нейтронной защиты с расположением в шахматном порядке в два ряда на концентрических диаметрах. Это требуется для исключения возможности «прямого прострела» нейтронов. Изготовление отверстий глубоким сверлением (до нескольких метров) с указанным их расположением в высокопрочном чугуне представляет собой весьма сложную технологическую операцию механическо обработки. Кроме того, повышение активности топлива приводит к необходимости увеличения диаметра отверстий и соответственно толщины стенки корпуса. А ввиду ограниченности максимального габаритного размера контейнера, характеристиками используемого при обращении с ним технологического оборудования, увеличение толщины стенки приведет у уменьшению внутреннего полезного объема в котором размещается чехол с тепловыделяющими сборками.A disadvantage of the known container TUK 141O using fuel assemblies (FA) with an increased level of burnout and initial enrichment is the low adaptability of its design, due to the complexity of its manufacture. In view of the fact that the material of the case does not provide adequate protection against neutron radiation, holes have to be made to accommodate the neutron protection with staggered arrangement in two rows on concentric diameters. This is required to exclude the possibility of a "direct backbone" of neutrons. The manufacture of holes by deep drilling (up to several meters) with their indicated location in high-strength cast iron is a very difficult technological operation of machining. In addition, increasing fuel activity leads to the need to increase the diameter of the holes and, accordingly, the wall thickness of the housing. And due to the limited maximum overall size of the container, the characteristics of the technological equipment used when handling it, an increase in wall thickness will lead to a decrease in the internal net volume in which the cover with heat-generating assemblies is located.
Технический результат предлагаемого двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива заключается в повышении технологичности изготовления, снижении массы жидкого чугуна, требующегося для изготовления отливки корпуса, улучшении степени нейтронной защиты и характеристик теплопередачи без увеличения габаритных размеров, толщины стенки корпуса.The technical result of the proposed dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel is to increase the manufacturability of production, reduce the mass of molten iron required for the manufacture of casting the housing, improve the degree of neutron protection and heat transfer characteristics without increasing overall dimensions, wall thickness of the housing.
Достигается технический результат тем, что в двухцелевом контейнере для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, включающем литой корпус, нейтронную защиту, в стенку литого корпуса влит образующий сплошную стенку нейтронно-защитный барьер из материала с температурой плавления выше температуры плавления материала корпуса, коэффициентом теплопроводности большим, чем у материала литого корпуса, плотностью меньшей, чем у материала литого корпуса, обладающего способностью к замедлению и поглощению нейтронов, в нейтронно-защитном барьере выполнены продольные каналы, продольные каналы заполнены материалом, характеризующимся меньшей длиной свободного пробега быстрых нейтронов, чем материал нейтронно-защитного барьера.The technical result is achieved by the fact that in a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel, including a molded case, neutron protection, a neutron-protective barrier of a material with a melting temperature higher than the melting temperature of the case material and a large thermal conductivity coefficient is poured into the wall of the cast body. than the material of the molded case, the density is lower than that of the material of the molded case, which has the ability to slow down and absorb neutrons into neutrons longitudinal channels are made of the o-protective barrier, longitudinal channels are filled with material characterized by a shorter mean free path of fast neutrons than the material of the neutron-protective barrier.
На фиг. 1 показан двухцелевой контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива в разрезе.In FIG. 1 is a sectional view of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
На фиг. 2 показано сечение А-А двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.In FIG. 2 shows a section AA of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
На фиг. 3 показан вид Б двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива у которого продольные каналы в нейтронно-защитном барьере выполнены путем механической обработки посредством сверления.In FIG. Figure 3 shows type B of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel in which the longitudinal channels in the neutron-protective barrier are made by machining by drilling.
На фиг. 4 показан вид Б двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива у которого продольные каналы в нейтронно-защитном барьере сформированы металлическими трубами.In FIG. Figure 4 shows type B of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel in which the longitudinal channels in the neutron-protective barrier are formed by metal pipes.
На фиг. 5 представлена литейная форма для изготовления отливки корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.In FIG. 5 shows a mold for manufacturing a casting of a body of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
На фиг. 6 показан вид В литейной формы для изготовления отливки корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.In FIG. 6 shows a view In a mold for manufacturing a casting of a body of a dual purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
На фиг. 7 представлен чехол для двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива в осевом сечении.In FIG. 7 shows a case for a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel in axial section.
На фиг. 8 представлено сечение Г-Г чехла для двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.In FIG. 8 is a cross-sectional view of a GH cover for a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
На фиг. 9 представлен вид Д чехла для двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.In FIG. 9 is a view D of a case for a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel.
Корпус 1 двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива выполняют литым. В качестве материала для изготовления литого корпуса может быть использован, например, хорошо зарекомендовавший себя для этих целей высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Чехол 7 устанавливают внутрь литого корпуса. Чехол 7 служит для размещения тепловыделяющих сборок с отработавшим ядерным топливом.The
В стенку литого корпуса 1 влит нейтронно-защитный барьер из материала с температурой плавления выше температуры плавления материала литого корпуса, коэффициентом теплопроводности большим, чем у материала литого корпуса и меньшей плотностью, чем у материала литого корпуса, обладающего способностью к замедлению и поглощению нейтронов.A neutron-protective barrier of material with a melting temperature higher than the melting temperature of the material of the molded body, a thermal conductivity coefficient greater than that of the material of the molded body and lower density than the material of the molded body, which has the ability to slow down and absorb neutrons, is poured into the wall of the
Нейтронно-защитный барьер выполняют из блоков 2, образующих сплошную стенку, препятствующую свободному пролету нейтронов в радиальных направлениях. При этом нейтронно-защитный барьер из блоков 2 формируют таким образом, чтобы обеспечить при изготовлении литого корпуса 1 перемычки 3 из материала корпуса в донной его части.The neutron-protective barrier is made of
Благодаря тому, что нейтронно-защитный барьер установлен не по всей длине литого корпуса 1, обеспечивается целостность и прочность литого корпуса 1 за счет его монолитности в верхней части. Наличие перемычек 3 металла на уровне донной части отливки корпуса обеспечивает прочность литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива в его донной части.Due to the fact that the neutron-protective barrier is not installed along the entire length of the
В настоящее время преимущественное применение в качестве нейтронной защиты транспортно-упаковочных комплектов для перевозки отработавшего ядерного топлива нашли твердые водородсодержащие материалы среди которых наибольшей концентрацией водорода обладают полиэтилен, полипропилен. Недостатком материалов на основе полиэтилена и полипропилена является то, что при воздействии повышенных температур они размягчаются и обладают низкой теплопроводностью.At present, solid hydrogen-containing materials have been found to be predominantly used as neutron protection for transport and packaging kits for transporting spent nuclear fuel, among which polyethylene and polypropylene have the highest concentration of hydrogen. The disadvantage of materials based on polyethylene and polypropylene is that when exposed to elevated temperatures, they soften and have low thermal conductivity.
Данные о длине свободного пробега быстрых нейтронов в различных материалах приведены в таблице 1 [Радиация. - Электронный ресурс. URL: portal.tpu.ru/SHARED/a/ALEXTPUFTF/uchebnye-mat/iinph/Tab1/radiation.pdf].The mean free path of fast neutrons in various materials are given in table 1 [Radiation. - Electronic resource. URL: portal.tpu.ru/SHARED/a/ALEXTPUFTF/uchebnye-mat/iinph/Tab1/radiation.pdf].
Сравнительный анализ нейтронной защиты из полиэтилена и графита показывает, что полиэтилен замедляет нейтроны в 1,7 раза лучше по сравнению с чистым графитом, но с учетом добавок к графиту в виде бора и гадолиния его нейтронно-защитные способности будут возрастать, уменьшая разницу в эффективности по сравнению с полиэтиленом.A comparative analysis of neutron protection from polyethylene and graphite shows that polyethylene slows down neutrons 1.7 times better than pure graphite, but with the addition of graphite in the form of boron and gadolinium, its neutron-protective abilities will increase, reducing the difference in efficiency in compared to polyethylene.
В качестве нейтронно-защитного барьера в конструкции литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива может быть использован графит, материал который нашел широкое применение в реакторах на тепловых нейтронах в качестве замедлителя нейтронов. Боросодержащий (борный) графит, графит с добавлением гадолиния, графит с добавками бора и гадолиния в общем объеме 0-10%.Graphite can be used as a neutron-protective barrier in the design of the cast housing of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel, a material that has been widely used in thermal neutron reactors as a neutron moderator. Boron-containing (boron) graphite, graphite with the addition of gadolinium, graphite with the addition of boron and gadolinium in a total volume of 0-10%.
К достоинствам графита относятся высокая температура плавления (3890°С, к сравнению у ВЧШГ - 1200°С), высокая прочность, хорошая податливость механической обработке (плотность 2,23 г/см3, к сравнению у ВЧШГ - 7,2 г/см3), высокая теплопроводность и незначительное тепловое расширение. Графит имеет коэффициент теплопроводности (100-354 Вт/(м*С)) существенно выше, чем у чугуна с шаровидным графитом (25-42 Вт/(м*С)) из которого изготовлен корпус. Графит является хорошим проводником тепла, благодаря чему будет обеспечен улучшенный отвод тепла от внутренней поверхности корпуса к его наружной поверхности.The advantages of graphite include a high melting point (3890 ° C, compared to the VChShG - 1200 ° C), high strength, good malleability (density 2.23 g / cm 3 , compared to the VChShG - 7.2 g / cm 3 ), high thermal conductivity and slight thermal expansion. Graphite has a thermal conductivity coefficient (100-354 W / (m * C)) significantly higher than that of nodular cast iron (25-42 W / (m * C)) of which the casing is made. Graphite is a good heat conductor, which will provide improved heat dissipation from the inner surface of the housing to its outer surface.
Борный графит обладает хорошими нейтронно-поглощающими свойствами и малой остаточной активностью. Благодаря наличию бора борированный графит имеет более совершенную структуру, повышенную прочность, лучшую способность поглощать нейтроны. Борный графит приготовляют из смеси графита и какого-либо соединения бора (В4С, В203 и др.). Лист из борного графита толщиной 2,5 см (с массовым содержанием бора до 4%) ослабляет плотность потока тепловых нейтронов в 400 раз [Защита от ионизирующих излучений. - Электронный ресурс. URL: http://zinref.ru/000_uchebniki/05300_tehnika_bezopasnosti/010_00_00_voprosi_dozimetria_nosovski_1998/007.htm].Boric graphite has good neutron-absorbing properties and low residual activity. Due to the presence of boron, boron graphite has a more perfect structure, increased strength, and better ability to absorb neutrons. Boric graphite is prepared from a mixture of graphite and any boron compound (B4C, B203, etc.). A sheet of boron graphite 2.5 cm thick (with a mass content of boron of up to 4%) weakens the density of the flux of thermal neutrons by 400 times [Protection from ionizing radiation. - Electronic resource. URL: http://zinref.ru/000_uchebniki/05300_tehnika_bezopasnosti/010_00_00_voprosi_dozimetria_nosovski_1998/007.htm].
В атомной технике гадолиний нашел применение для защиты от нейтронного излучения, так как этот элемент обладает наивысшей способностью к захвату нейтронов из всех стабильных изотопов. Его сечение равно 46000 барн. Из всех изотопов гадолиния наивысшей способностью к захвату нейтронов обладает его изотоп гадолиний-157 (сечение захвата превышает 150000 барн) [Справочник химика. - Электронный ресурс. URL: http://chem21.info/page/005059191229237063075030088004015245202249173107/].In atomic engineering, gadolinium has found application for protection against neutron radiation, since this element has the highest ability to capture neutrons from all stable isotopes. Its cross section is 46,000 barn. Of all the gadolinium isotopes, the highest ability to capture neutrons is possessed by its gadolinium-157 isotope (capture cross section exceeds 150,000 barns) [Handbook of a chemist. - Electronic resource. URL: http://chem21.info/page/005059191229237063075030088004015245202249173107/].
В нейтронно-защитном барьере выполнены продольные каналы 18. Продольные каналы в нейтронно-защитном барьере могут быть выполнены различными способами, например, путем механической обработки посредством сверления (фиг. 3). Другой способ выполнения продольных каналов заключается в установке в нейтронно-защитный барьер металлических труб 24 (фиг. 4) на этапе его формирования при подготовке литейной формы.The
Продольные каналы 18 заполнены материалом, характеризующимся меньшей длиной свободного пробега быстрых нейтронов, чем материал нейтронно-защитного барьера. Это позволит усилить эффективность нейтронной защиты литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.The
В предлагаемой конструкции литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива при использовании в качестве материала нейтронно-защитного барьера 3 графита продольные каналы 18 могут быть заполнены полиэтиленом, материалом, характеризующимся меньшей длиной свободного пробега быстрых нейтронов, чем материал нейтронно-защитного барьера (таблица 1).In the proposed design of the cast body of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel using graphite as a neutron-
Работает предлагаемое изобретение следующим образом.The proposed invention works as follows.
В литой корпус 1 двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива по прессовой посадке устанавливают чехол 7 или устанавливают чехол 7 по посадке, обеспечивающей плотное примыкание сопряженных поверхностей в результате теплового расширения материала при загрузке в контейнер тепловыделяющих сборок с отработавшим ядерным топливом. С наружной стороны на дно контейнера устанавливают крышку 9 под которую предварительно помещают нейтронно-защитный материал 8. В каналах чехла устанавливают тепловыделяющие сборки, контейнер закрывают внутренней 6 и наружной 4 крышками, образующими два барьера герметичности, между крышками 6 и 4 размещают нейтронно-защитный материал 5.In the molded
Во время эксплуатации двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива тепло излучаемое тепловыделяющими сборками передается на контактирующую с чехлом 7 поверхность корпуса контейнера и через нейтронно-защитный барьер к наружной поверхности корпуса и далее отводится в окружающую среду. При этом испускаемое тепловыделяющими сборками радиационное излучение, состоящее из гамма излучения задерживается объемом ВЧШГ, а нейтронное излучение задерживается нейтронно-защитным барьером в котором выполненные продольные каналы 18, заполняемые материалом, характеризующимся меньшей длиной свободного пробега быстрых нейтронов, чем материал нейтронно-защитного барьера.During operation of the dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel, the heat emitted by the fuel assemblies is transferred to the surface of the container body in contact with the
Нейтронно-защитный барьер может быть выполнен из блоков 2, плотно уложенных друг по отношению к другу и образующих сплошную стенку.The neutron-protective barrier can be made of
Реализовано изобретение может быть следующим образом.The invention is implemented as follows.
Собирают литейную форму. Для этого на опоку низа 11 устанавливают поддон 14. На поддон 14 устанавливают стержень 13, формирующий посадочную поверхность под чехол отливки корпуса. На поддон 14 устанавливают нижний 15 и верхний 16 кокиль. На верхний 16 кокиль сверху устанавливают крышку 17.Collect the mold. For this, a
В литейную форму в качестве стержней литейной формы устанавливают блоки 2, например, из графита с поглотителем нейтронов, устанавливая их таким образом, чтобы сформировать сплошную стенку. Одним концом блоки 2 выходят за пределы отливки корпуса и проходят через отверстия в крышке 17. Их фиксируют на нужном по высоте уровне, например, посредством гаек 12. На верхний 16 кокиль сверху устанавливают крышку 17 формы с закрепленными на ней блоками 2.
Сверху на крышку 17 устанавливают груз 10, предотвращающий всплытие блоков 2 вследствие действия выталкивающей силы при заполнении литейной формы расплавом металла. Блоки 2 имеют такую геометрическую форму, чтобы при установке их в литейную форму на посадочной поверхности под чехол они создавали сплошную стенку, препятствующую свободному пролету нейтронов в радиальных направлениях. Та часть блоков 2, которая выходит за пределы посадочной поверхности под чехол и проходит через отверстия в крышке 17 имеет утончение, обеспечивающее с одной стороны прочность блоков 2 при нахождении их в подвешенном состоянии на крышке 17 и заполнении литейной формы расплавом металла, с другой - наличие свободного пространства между блоками 2 на уровне донной части отливки корпуса для обеспечения возможности заполнения данного пространства расплавом металла и формирования перегородок 3, тем самым обеспечения прочности отливки.A
Литейную форму через литниковую систему заполняют расплавом металла, например, высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. По мере остывания расплава металла нейтронно-защитный барьер, образуемый блоками 2 оказывается влитыми в отливку корпуса. Материал блоков 2 нейтронно-защитного барьера образует сплошную стенку не по всей высоте отливки, а лишь на уровне соответствующем посадочной поверхности под чехол, благодаря чему в верхней части отливки корпуса обеспечивается ее целостность и прочность. В донной части отливки корпуса прочность обеспечивается благодаря наличию перемычек 3.The mold is filled through the gating system with a molten metal, for example, ductile iron with spherical graphite. As the metal melt cools, the neutron-protective barrier formed by
Согласно изобретения в конструкции литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива обеспечивается повышение степени нейтронной защиты при сохранении наружных габаритных размеров корпуса контейнера, регламентируемого требованиями к размерам мест загрузки контейнеров на АЭС российского дизайна.According to the invention, the design of a molded case of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel provides an increase in the degree of neutron protection while maintaining the external dimensions of the container body, which is regulated by the requirements for the sizes of container loading places at Russian-designed nuclear power plants.
Улучшение защиты от нейтронного излучения обеспечивается за счет того, что в стенку литого корпуса влит образующий сплошную стенку нейтронно-защитный барьер из материала обладающего способностью к замедлению и поглощению нейтронов. Благодаря тому, что нейтронно-защитный барьер выполнен из материала, обладающего способностью к замедлению и поглощению нейтронов, продольные каналы в корпусе размещаются в один ряд, а не в два как это у прототипа, при этом исключается «прямой» прострел нейтронов через перемычки между продольными каналами. Данное обстоятельство способствует повышению нейтронной защиты контейнера без увеличения наружных габаритных размеров корпуса контейнера, толщины стенки по сравнению с прототипом.The improvement of protection against neutron radiation is provided due to the fact that a neutron protective barrier made of a material with the ability to slow down and absorb neutrons is poured into the wall of the molded case. Due to the fact that the neutron-protective barrier is made of a material with the ability to slow down and absorb neutrons, the longitudinal channels in the case are placed in one row, and not two, as in the prototype, this eliminates the “direct” lumbar of the neutrons through the bridges between the longitudinal channels. This circumstance contributes to the increase of neutron protection of the container without increasing the external overall dimensions of the container body, wall thickness compared to the prototype.
Значение коэффициента теплопроводности материала из которого выполнен нейтронно-защитный барьер больше, чем у материала литого корпуса, гарантирует улучшенный, по сравнению в прототипом, отвод тепла от внутренней поверхности корпуса к его наружной поверхности через перемычки между продольными каналами 18.The value of the thermal conductivity of the material of which the neutron-protective barrier is made greater than that of the material of the molded case, guarantees improved, in comparison with the prototype, heat dissipation from the inner surface of the body to its outer surface through jumpers between the
За счет того, что часть стенки корпуса контейнера будет изготовлена из нейтронно-защитного барьера, уменьшается объем, а, следовательно, и масса жидкого чугуна, требующегося для изготовления отливки корпуса.Due to the fact that a part of the wall of the container body will be made of a neutron-protective barrier, the volume, and, consequently, the mass of molten iron required for the manufacture of the casting of the body is reduced.
Температура плавления материала из которого выполнен нейтронно-защитный барьер выше температуры, плавления материала корпуса гарантирует то, что при изготовлении отливки корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива не произойдет расплавление материала из которого изготовлен нейтронно-защитный барьер.The melting temperature of the material from which the neutron-protective barrier is made is higher than the temperature, the melting of the body material ensures that when the casting of the body of the dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel is molten, the material from which the neutron-protective barrier is made is molten.
Меньшая плотность материала нейтронно-защитного барьера по сравнению с плотностью материала корпуса способствует повышению технологичности его изготовления за счет упрощения операции механической обработки - изготовления продольных каналов 18 путем глубокого сверления.The lower density of the material of the neutron-protective barrier in comparison with the density of the material of the case helps to increase the manufacturability of its manufacture by simplifying the machining operation — manufacturing
В качестве материала для изготовления нейтронно-защитного барьера, удовлетворяющего отличительным признакам, заявленным в формуле изобретения, может быть использован графит с содержанием поглотителя нейтронов, например, боросодержащий (борный) графит, графит с добавлением гадолиния, графит с добавками бора и гадолиния, а также других добавок улучшающих способность к поглощению нейтронов.As a material for the manufacture of a neutron-protective barrier that meets the distinguishing features stated in the claims, graphite with a neutron absorber can be used, for example, boron-containing (boron) graphite, graphite with the addition of gadolinium, graphite with the addition of boron and gadolinium, as well as other additives that improve the ability to absorb neutrons.
Наличие продольных каналов в нейтронно-защитном барьере, заполненных материалом, характеризующимся меньшей длиной свободного пробега быстрых нейтронов, чем материал нейтронно-защитного барьера способствует усилению эффективности защиты от нейтронного излучения. В качестве такого материала может быть использован водородсодержащий материал - полиэтилен.The presence of longitudinal channels in the neutron-protective barrier filled with material characterized by a shorter mean free path of fast neutrons than the material of the neutron-protective barrier enhances the effectiveness of protection against neutron radiation. As such a material, a hydrogen-containing material, polyethylene, can be used.
Наибольшей эффективностью предлагаемая конструкция двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива будет обладать при использовании корпуса контейнера в сочетании с несъемным по отношению к контейнеру чехлом следующей конструкцииThe proposed construction of a dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel will be most effective when the container body is used in combination with a cover of the following design, which is not removable with respect to the container
Чехол включает литой корпус 19 с каналами для установки тепловыделяющих сборок. Каналы образованы влитыми профильными металлическими трубами 20 с плоскими гранями. Трубы 20 установлены кольцевыми рядами вплотную друг к другу с сопряжением по плоским граням вокруг центральной трубы. Наружные поверхности сопрягаемых друг с другом плоских граней труб 20 облицованы медными листами 21, которые обеспечивают улучшенный отвод тепла от труб 20 к корпусу 19 чехла. Снизу к чехлу механическим соединением, например, болтовым, прикреплен поддон 22 с отверстиями, расположенными в соответствии с трубами 20. Поддон 22 служит опорой для тепловыделяющих сборок при эксплуатации чехла и обеспечивает возможность слива дезактивационных растворов при его обеззараживании. На верхнем торце чехла установлена крышка 23, которая в свою очередь является внутренней крышкой двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива.The case includes a molded
Такой чехол устанавливается в двухцелевой контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива по прессовой посадке, благодаря чему обеспечивается плотный контакт между сопрягаемыми поверхностями чехла и контейнера, гарантирующий хороший теплообмен между ними. Наличие у чехла корпуса боковой стенки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, материала обладающего способностью задерживать гамма излучение, будет способствовать улучшению радиационной защиты двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива от гамма излучения.Such a cover is installed in a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel by press fit, which ensures tight contact between the mating surfaces of the cover and the container, guaranteeing good heat transfer between them. The presence of a side wall housing cover made of ductile iron with spheroidal graphite, a material with the ability to retain gamma radiation, will improve the radiation protection of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel from gamma radiation.
Преимущества двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива с несъемным чехлом из ВЧШГ перед ближайшим аналогом ТУК 141О заключаются в следующем:The advantages of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel with a removable cover from the VChShG over the closest analogue of TUK 141O are as follows:
- при использовании графита с содержанием поглотителя нейтронов в конструкции нейтронно-защитного барьера, обеспечиваются улучшенные механические свойства получаемой отливки корпуса за счет того, что графит, используемый в качестве холодильника при изготовлении отливок, будет условно делить цилиндрическую поверхность отливки на две части - внутреннюю и наружную, тем самым уменьшая толщину стенки отливки, что положительно сказывается на технологическом процессе литья;- when using graphite with a neutron absorber content in the design of the neutron protective barrier, improved mechanical properties of the resulting casting of the body are ensured due to the fact that the graphite used as a refrigerator in the manufacture of castings will conditionally divide the cylindrical surface of the casting into two parts - internal and external thereby reducing the wall thickness of the casting, which positively affects the casting process;
- при использовании графита с содержанием поглотителя нейтронов в конструкции нейтронно-защитного барьера влитого в стенку литого корпуса двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, обеспечиваются улучшенные показатели защиты от нейтронного излучения, исключается «прямой» прострел нейтронов, через перемычки между продольными каналами, что позволяет уменьшить число продольных каналов за счет размещения их в один ряд, а не в два как это выполнено в ближайшем аналоге ТУК 141О;- when using graphite with the content of a neutron absorber in the design of the neutron protective barrier poured into the wall of the cast housing of a dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel, improved protection against neutron radiation is ensured, the "direct" neutron cross through the bridges between the longitudinal channels is excluded, which makes it possible to reduce the number of longitudinal channels by placing them in one row, and not in two as is done in the closest analogue of TUK 141O;
- меньшее количество продольных каналов и их сверление не в ВЧШГ, а в графите, материале менее прочном, чем ВЧШГ, способствует упрощению механической обработки, а, следовательно, и повышению технологичности конструкции;- a smaller number of longitudinal channels and their drilling not in the VChShG, but in graphite, a material less durable than the VChShG, simplifies the machining, and, consequently, increases the manufacturability of the structure;
- благодаря тому, что графит обладает хорошей теплопроводностью, обеспечивается улучшенный отвод тепла от чехла с расположенными в нем тепловыделяющими сборками к наружной поверхности корпуса контейнера по сравнению ближайшем аналогом ТУК 141О;- due to the fact that graphite has good thermal conductivity, it provides improved heat removal from the cover with the fuel assemblies located in it to the outer surface of the container body in comparison with the closest analogue of TUK 141O;
- за счет того, что чехол изготовлен литым из ВЧШГ такой контейнер в своей конструкции будет иметь общую массу ВЧШГ большую, по сравнению с аналогом ТУК 141О, что обеспечивает улучшение защиты от гамма излучения, являющегося одной из составляющих радиационного излучения, по сравнению с ближайшим аналогом ТУК 141О;- due to the fact that the cover is made of cast iron from a ductile iron, such a container in its design will have a large mass of ductile iron which is larger than that of the TUK 141O analogue, which provides better protection against gamma radiation, which is one of the components of radiation compared with the closest analogue TUK 141O;
- габаритные размеры двухцелевого контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива соответствуют всем требованиям обусловленным размерами мест загрузки контейнеров на АЭС российского дизайна;- the overall dimensions of the dual-purpose container for transporting and storing spent nuclear fuel meet all the requirements stipulated by the size of the container loading places at Russian-designed nuclear power plants;
- двухцелевой контейнер для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива позволяет транспортировать отработавшее ядерное топливо тепловыделяющих сборок (ТВС) с увеличенным уровнем выгорания и начального обогащения, повышенным тепловыделением и является перспективным для АЭС с энергоблоками ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ.- a dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel allows the transportation of spent nuclear fuel of fuel assemblies (FA) with an increased level of burnup and initial enrichment, increased heat generation and is promising for nuclear power plants with VVER-1200, VVER-TOI power units.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118687A RU2711078C1 (en) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118687A RU2711078C1 (en) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2711078C1 true RU2711078C1 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=69171480
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118687A RU2711078C1 (en) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2711078C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2084975C1 (en) * | 1995-02-02 | 1997-07-20 | Конструкторское бюро специального машиностроения | Container for spent fuel transporting and/or storage |
JP2008082906A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Radioactive material storage container |
JP2015184196A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 三菱重工業株式会社 | Radioactive material storage container and storage and transportation methods of radioactive material |
RU187096U1 (en) * | 2018-09-25 | 2019-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | CONTAINER FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL |
-
2019
- 2019-06-14 RU RU2019118687A patent/RU2711078C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2084975C1 (en) * | 1995-02-02 | 1997-07-20 | Конструкторское бюро специального машиностроения | Container for spent fuel transporting and/or storage |
JP2008082906A (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Hitachi-Ge Nuclear Energy Ltd | Radioactive material storage container |
JP2015184196A (en) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | 三菱重工業株式会社 | Radioactive material storage container and storage and transportation methods of radioactive material |
RU187096U1 (en) * | 2018-09-25 | 2019-02-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | CONTAINER FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РОМАНОВА С. Упаковали топливо в обновку, Атомный эксперт, номер 7 (58), 2017. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8548112B2 (en) | Spent fuel basket, apparatus and method using the same for storing high level radioactive waste | |
US7994380B2 (en) | Apparatus for transporting and/or storing radioactive materials having a jacket adapted to facilitate thermosiphon fluid flow | |
EP2425436A2 (en) | Cask apparatus, system and method for transporting and/or storing high level waste | |
US20120037632A1 (en) | Ventilated system for storing high level radioactive waste | |
US4272683A (en) | Transport and storage vessel for radioactive materials | |
RU2465662C1 (en) | Container for transportation and/or storage of spent nuclear fuel | |
RU2453006C1 (en) | Container to transport spent nuclear fuel | |
RU2707871C1 (en) | Container cover for transportation and storage of spent reactor fuel assembly | |
RU2400843C1 (en) | Transport-packing complete set for transporting and storage of spent nuclear fuel | |
RU75496U1 (en) | TRANSPORT PACKAGING KIT FOR TRANSPORT AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL | |
RU2711078C1 (en) | Dual-purpose container for transportation and storage of spent nuclear fuel | |
RU2510770C1 (en) | Container for spent nuclear fuel transportation and/or storage | |
RU2510721C1 (en) | Container for spent nuclear fuel transportation | |
RU2686476C1 (en) | Container cover for spent nuclear fuel transportation and storage | |
RU187096U1 (en) | CONTAINER FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF WASTE NUCLEAR FUEL | |
RU2459295C1 (en) | Outer container set for used nuclear reactor fuel rod arrays | |
RU171956U1 (en) | BIMETALLIC BODY CASE | |
RU2686457C1 (en) | Container housing for transportation and storage of spent nuclear fuel | |
RU2479876C1 (en) | Container to transport and/or store spent nuclear fuel | |
RU56704U1 (en) | TRANSPORT PACKAGING KIT FOR TRANSPORTATION AND STORAGE OF WASTE HEATED FUEL ASSEMBLIES | |
RU2582083C2 (en) | Method for producing container for transportation and storage of spent nuclear fuel | |
JP2023014494A (en) | Protective device, method for designing protective device, and radioactive substance storage container | |
RU2707868C1 (en) | Container for transportation and / or storage of spent fuel assemblies | |
RU2463677C1 (en) | Shipping packaging set for spent fuel assemblies of nuclear reactors | |
RU171909U1 (en) | TUK CONTAINER WITH REMOVABLE COVER |