RU9333U1 - Хранилище отработавшего ядерного топлива - Google Patents

Description

ХРАНШВЩЕ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА.

Изоб1Э9тение относится к тюиэводствам, эксплуатирующим ядерныэ эн9рг9тичоски9 установки и хранилищам с отработавшим ядерным топливом СХОЯТ), можот быть использовано при проектировании новых ХОЯТ или реконструкции действующих для радиационной обработки кормового, пищевого, медицинского и технического сырья и изделий из него.

Известно гамма-облучательное УСТРОЙСТВО, в котором отработавшие топливные элементы используют в качестве источников излучения 13. Устройство представляет водонаполненный плоскостной контейнер с двумя вертикально расположенными рядами отработавших топливных элементов. Топливные элементы расположены за кадмиевой фольгой. С двух сторон плоскостей гамма-облучателя двухуровневым транспортером перемещаются контейнеры с облучаемыми изделиями. Горизонтальное расстояние между контейнером и источником излучения - 0,05 м. Недостатком данного гамма облучательного устройства является то, что однородность дозы, поглощенной материалом, обеспечивается сложными механическими устройствами перемещения и ориентирования облучаемых объектов (изделий). Кроме того, оно монтируется в отдельном, специально оборудованном помещении, с использованием в качестве источников излучения высокоактивных топливных злементов и экранов защиты от нейтронного облучения. Наконец, применение этого устройства экономически оправдано только при облучении изделий и материалов до относительно высоких поглощенных доз и практически не позволяет облучать материалы и иэдеМКИ: G 21 С 19/32

ЛИЯ в больших объемак малыми и сваохмалыми дозами (например, 0,01 - 0,50 кГР).

Ближайшим аналогом заявляемого технического решения является установка описанная в статье 2. Указанная установка представляет собой хранилище отработавшего ядерного топлива, включающее бассейн с циркулирующей, охлаждающей и выполняющей функцию биологической зашиты жидкостью С водой), в которую погружены пеналы с источниками излучения, например, отработавшие тепловыделяющие сборки СТВС) и емкости для облучаемого материала.

Недостатками этой установки являются:

1.Неоднородность свойств материала после облучения в объеме загрузки из-за неравномерности облучения по высоте пенала отработавших ТВС.

2.Ограниченность рабочего пространства для загружаемого материала (особенно сыпучего или жидкого) не исключает его попадание в воду бассейна.

3.Возможность осуществления только периодического режима загрузок, ограниченными партиями. Сложность автоматизации процесса.

4.Сложность контроля за свойствами облучаемого материала в процессе обработки, т.к. материал неподвижно находится в емкости, погруженной под слой воды бассейна. Доза облучения неравномерна по высоте пенала с облучаемым материалом и характеризуется мошностью гамма-поля в данном конкретном месте (по высоте) и длительностью экспозиции. При этом, следует иметь ввиду, что величина гамма излучения в данном месте со временем изменяется.

гамма-установки с использованием длинномерных ТВС экономически невыгодна.

6.Лучевая энергия отработавших ТВС используется с низкой эффективностью.

7.Полностью исключается возможность ведения управляемых процессов с вьйором реакционной среды, соотношений компонентов и температурно-временных режимов.

Задачи, решаемые изобретением:

-повышение производительности процессов радиационных технологий с использованием ХОЯТ;

-повышение безопасности и технологичности осуществления радиационных технологий в ХОЯТ:

-повышение эффективности использования лучевой энергии отработавшего топлива.

Сущность изобретения состоит в том. что в хранилище отработавшего ядерного топлива, включающем бассейн с ЦИРКУЛИРУЮшей, охлаждающей и выполняющей функцию биологической защиты жидкостью, в которую погружены пеналы с источниками ионизирукн щего излучения и емкость для облучаемого материала, предложено, емкость для облучаемого материала выполнить в виде радиационно-химического реактора СРХР). Предлагается, радиационно-химический реактор выполнить трубчатым или объемным. Трубчатый радиационно-химический реактор может быть заполнен жидкостью, транспортирующей облучаемый материал, или сама жидкость является облучаемой средой и его рабочие участки предпочтительно расположить вертикально. При этом, узел загрузки облучаемого материала трубчатого РХР выполнен в верхней части хотя бы одного из них. Объемный реактор может быть снабжен дополнительными перемешивающими устройствами. Кроме того, в ка4QCTB9 ИСТОЧНИКОВ иониэирущ9го излуч9ния поодлошно использовать отработавшие Т9пловьщ9ляющие сборки и/или отработавшие дополнит9льны9 ПОГЛОТИТЕЛИ, И/ИЛИ П9налы с ампулами, заполненными искусственно полученными источниками ионизирующего излучения.

Благодаря выполнения емкости, для облучаемого материала, в виде радиационно-химического реактора с узлами ввода и вывода облучаемого материала удается обеспечить безопасность осуществления радиашонно-химических технологий без ухудшения процесса длительного хранения отработавшего ядерного топлива и более полно использовать его знергетические (лучевые и Т9пловые) возможности для организации дополнительного производства ПРОДУКЦИИ. Наличие узлов ввода и вывода обрабатываемого материала С изделия) позволяет автоматизировать процесс. Радиационно-химический реактор может иметь значительный объем и в нем может быть организовано поступательное перемещение с заданной скоростью, при зФФективном перемешивании облучаемых материалов (изделий), усредняющем поглощенную дозу и температуру в их объеме. Равновероятное усреднение поглощенной дозы в объеме материала (изделия) обуславливается постоянством маршрута и скорости последовательного прохождения зон с различной мощностью гамма-излучения. Повышается безопасность работ, т.к. нет необходимости в транспортировании источников излучения в специальное отдельно стоящее здание или помещение. Отпадает необходимость в их строительстве. Существенным преимуществом предлагаемого изобретения является и то, что имеется возможность интенсифицировать как сам процесс радиолиза за счет варьирования режимов облучения, так и воздействовать через подбор СВОЙСТВ транспортирующих агентов и изменение их Физико-хими4GCKMX параметсзов СрН, томпература, давл9ни9. природа донорно-акц8пторнын частиц и т. д.) Появляются возможности роализовать гетерогенные радиационно-химические процессы и получать полезные продукты в виде низкомолекулярных растворимых компоHQHTOB. вымываамых из твдрдофазного материала С сырья) в жидкий С газообразный) агент-носитель в процессе перемешивания и многократной его циркуляции. Например, извлекать из целлюлозосодержащего сырья водород, кислород, углеводороды, жиры, аминокислоты, МОНО-, ДИ-, трисахариды и т.д. Таким образом, становится возможным осуществлять управление процессами радиаЦИОННО-ХИМИЧ9СКОЙ деструкции в непрерывном режиме, синтеза и обработки различных материалов и изделий с использованием лучевой знергии отработавшего ядерного топлива непосредственно в бассейнах выдержки при его длительном хранении С1-10 и более лет).

УСТРОЙСТВО ХОЯТ проиллюстрировано графическими материалами, где на Фиг. представлен общий вид ХОЯТ с встроенным в него радиационно-химическим реактором объемного типа и размещенными в нем дополнительно пеналами с облучаемым материалом, на фиг. 2 - представлен вариант выполнения ХОЯТ с реактором объемного типа, выполненным в виде вытянутого прямоугольника, расположенного вдоль межбалочного проема, с дополнительным подводом реагентов и/или подводом барботирующего газа, на Фиг.З изображено ХОЯТ с реактором трубчатого типа, на фиг.4 - представлен вариант выполнения ХОЯТ с встроенным многопетлевым трубчатым радиационно-химическим реактором, на Фиг. 5 - представлено ХОЯТ в варианте, когда трубчатый радиационно-химический реактор размещен внутри объемного радиационно-химического реактора.

Хранилщд отТэаботавиюго ядэгэного топлива СФиг. 1) состоит из бассейна 1, щдлэвого балочного перекрытия 2. На балкан балочного перекрытия 2 бассейна 1 установлены пеналы 3 с источниками ионизирующего излучения тепловыделяющими сборками 4. В бассейн 1 помещен радиашонно-химический реактор 5 СРХР), который установлен на дно 6 бассейна 1 С но может быть подвешен на балках 2 бассейна 1). РХР 5 выполнен, например, в виде емкости 7 с крышкой 8, содержит узел ввода 9 и вывода 10 жидкой среды - облучаемой или охлаждающей. Полость 11 РХР 5 заполнена ЖИДКОЙ средой, в которую погружены пеналы 3 с ТВС 4 С или ТВС 4 без пеналов) и пеналы 12 с облучаемым материалом 13. Пеналы 3 и пеналы 12 в РХР 5 крепятся на опорах 14. Облучаемый материал может быть помещен в пеналы 12 и может находится в ЖИДКОЙ фазе в объеме емкости 7. Емкость 7 соединена посредством патрубка 9 и трубопровода 15 с системой 16 подачи облучаемой или охлаждающей жидкой среды и посредством патрубка 10 с системой Сна фиг. не показана) сбора данной среды. Для интенсификации радиационно-химического процесса и осреднения характеристик облучаемого материала 13 С в случае когда облучаемый материал находится в емкости 7), осуществляют перемешивание облучаемого материала 13 с помощью погруженных в полость РХР 5 перемещивающих устройств 17.

На фиг. 2,3,4,5 представлены варианты выполнения ХОЯТ. ХОЯТ С фиг. 2) содержит бассейн 1, щелевое балочное перекрытие 2. На балках 2 бассейна 1 установлены пеналы 3 с источниками ионизирущего излучения - тепловыделяющими сборками 4. Вдоль межбалочного проема на балках 2 установлены РХР IS, имеющие Форму вытянутого прямоугольника. РХР 18 снабжен патрубками

ввода 9 и вывода 10 облучадкюго матдриала 13 и дополнит9льно патрубками подвода 19 и отвода 20 реагентов и/или барботируюЩ9ГО газа (вместо п9р9М9шиващих УСТРОЙСТВ 17 - ХОЯТ Фиг 1). ХОЯТ Сфиг. 3.4) отличается от выше описанным тем, что в бассейн 1 на балки 2 помещают РХР трубчатого типа. На фиг. 3 ХОЯТ с однопетлевым РХР 21. на фиг. 4 - XOSTT с многопетлевым РХР 22. РХР 21 С 22) состоит из трубы 23 с патрубками ввода 9 и вывода 10 облучаемого материала 13. Вариант выполнения ХОЯТ. когда трубчатый РХР 21 размещен внутри объемного РХР 5. и крепится на опорах 14. представлен на фиг.5. Кроме того, объемный РХР 5 помещен в бассейн 1 ХОЯТ и крепится на балках 2 бассейна 1.

Работа заявляемого изобретения, на примере ХОЯТ. изображенного на Фиг. 1. заключается в следующем. РХР 5 устанавливают на дно 6 бассейна 1. заполняют жидким облучаемым материалом 13 через патрубок 9 и трубопровод 15 посредством системы 16. Предельный уровень заполнения РХР 5 жидким материалом 13 контролируют по переливному патрубку 10. Затем, сняв крышку 8 с РХР 5. загружают в полость 11 РХР 5 пеналы 3 с ТВС 4 и при необходимости пеналы 12 с облучаемым материалом 13. Облучаемый материал 13 может быть помещен в пеналы 12 и находиться в жидкой Фазе в объеме всего РХР 5. Жидкий облучаемый материал 13 в РХР 5 по мере необходимости перемешивают посредством перемещиващих устройств 17. Облучение проходит в динамике по мере объемного перемешивания в процессе перемещения жидкого облучаемого материала 13 через РХР 5 от вводного патрубка 9 к выводному 10. После облучения до необходимой дозы, пеналы 12 с облучаемым материалом 13 извлекают из РХР 5. а ЖИДКИЙ облучаемый материал 13 откачивают из РХР 5. Затем.

внутроннюю полость РХР 5 и понапов 12 псюмывают и подготавливают к оч8139дным загрузкам облучаэмого матовала 13. Радиационно-химические процессы в этом случае могут осуществляться по одному из трех вариантов:

1.Одноврдменно в объеме РХР Бив пеналах 12, помешенных в РХР 5 Скак описано выше).

2.Только в объеме РХР 5 .

3.Только в пеналах 12.

Характер работы ХОЯТ, представленного на фиг. 2, не изменяется. ХОЯТ, изображенные на Фиг. 3.4. работают следующим образом. РХР 21 С22) устанавливают в бассейн 1 ХОЯТ на балки 2. Облучаемый материал 13 загружают в РХР 21 (22) через патрубок 9 входа, после выдержки, прогоняют его по трубе 23 водяным или газовым напором и. затем, выгружают через патрубок 10 в приемные емкости Сна Фиг. не показаны) для транспортирования облученного материала 13 к месту использования. Затем, загружают в РХР 21 С 22) следующую порцию облучаемого материала 13. Представленное на фиг. 5 ХОЯТ работает таким же образом, как изображенные на Фиг. 1.3. В данном ХОЯТ можно параллельно осуществлять различные процессы как с жидкими, так и с твердыми облучаемыми материалами 13.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет проводить зффекттлвно и качественно, до необходимой поглощенной дозы, обработку в одном аппарате большого объема облучаемого материала с осредненной дозой бблучения и одновременное, параллельное ведение нескольких процессов, например, размещение реактора трубчатого типа внутри реактора объемного вытеснения. Важно, что предлагаемое устройство позволяет утилизировать лучевую энергию отходов атомных станций и других

ядерным установок в процессе их длительного С десятки лет) пассивного остывания непосредственно в ХОЯТ или в бассейнах выдержки, т.е. в ХОЯТ кратковременного хранения, с минимальными затратами и при реализации как высокопроизводительных, так и малотоннажных технологий, например, для медицинской, косметической и пищевой промышленности. Так, затраты на лучевое обезвреживание городских стоков -И осадков по нашим оценкам в 1,5-2,0 раза будут ниже , чем при использовании для этих целей промышленных ускорителей. Использование для зтих целей 20 - 30% емкостей ХОЯТ ЛАЭС может обеспечить обезвреживание коммунальных стоков города с населением до 200 тысяч жителей с минимальными затратами на капитальное строительство НИР, ОКР и . Изобретение может быть использовано при проектировании новых ХОЯТ. 1. 2. список ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. F.М.De Menlemester. Feasibility Study and lager gamma irradiation facility with spent fuel elements as irradiation Source - Radiation. Physics and Chemistry, 1990. V.35. n. 4 - 6. D. 580 - 584. B. Г. MGB4QHico, A.C. Ю19м9нтов, Ю.А. Анисимов, Опытная стерилизация медицинских препаратов и пищевых продуктов в о6лучат9лъном устройствэ сформированном из ОТВС рдактора РБМК-1000, Москва, 1994г., Вестник - Евразия, 1(8), с.99-101 (ближайший аналог).

Claims (5)

1. Хранилище отработавшего ядерного топлива, включающее бассейн с циркулирующей, охлаждающей и выполняющей функцию биологической защиты жидкостью, в которую погружены пеналы с источниками ионизирующего излучения и емкость для облучаемого материала, отличающееся тем, что емкость для облучаемого материала выполнена в виде радиационно-химического реактора.

2. Хранилище по п.1, отличающееся тем, что радиационно-химический реактор выполнен трубчатым с вертикально расположенными рабочими участками, а узел загрузки облучаемого материала выполнен в верхней части хотя бы одного из них.

3. Хранилище по п.1 или 2, отличающееся тем, что реактор выполнен объемным и снабжен перемешивающим устройством.

4. Хранилище по п.1 или 2, отличающееся тем, что трубчатый реактор заполнен жидкостью, транспортирующей облучаемый материал.

5. Хранилище по п.4, отличающееся тем, что в качестве источников ионизирующего излучения использованы отработавшие тепловыделяющие сборки, и/или отработавшие дополнительные поглотители, и/или пеналы с ампулами, заполненными источниками ионизирующего излучения.