SK286969B6 - Zásobník na rádioaktívne materiály - Google Patents

Abstract

Zásobník pozostáva zo zväzku rúrok (10) spojených navzájom spájacími prostriedkami (14) do pravidelnej siete oddielov (16). Kovové krížové tvarovky (12) sú umiestnené medzi rúrkami (10) a vytvárajú súvislú stenu okolo každého oddielu (16) obklopujúcu prvú stenu vytvorenú rúrkami (10). Zásobník je vybavený niekoľkými oddielmi (16) s prierezom v tvare štvorca, obdĺžnika, šesťhranu alebo kruhu.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zásobníka na rádioaktívne materiály s niekoľkými na seba priľahlými oddielmi, ktorý je určený na uchovávanie, skladovanie a transport upravených rádioaktívnych materiálov, ako sú palivové články z jadrových reaktorov alebo podobné materiály.

Zásobník podľa vynálezu môže byť predovšetkým používaný na transport alebo skladovanie palivových článkov z jadrových reaktorov alebo iných jadrových zariadení v suchom alebo mokrom prostredí. Tento zásobník potom môže byť ďalej uložený do transportného alebo skladovacieho kontajnera alebo do nádrže reaktora, alebo do príslušnej, na tento účel určenej budovy. Zásobník môže byť tiež uložený v geologických vrstvách.

Vynález je zvlášť vhodný na výrobu kompaktných zásobníkov vybavených oddielmi s pravidelným prierezom, napríklad šesťhranným. V tomto type zásobníka sa môžu skladovať palivové články šesťhranného prierezu, ako sú palivové články typu WER, ktoré sa používajú v niektorých jadrových reaktoroch; týmto spôsobom môžeme optimálne využiť daný priestor. Samozrejme môže byť zásobník podľa vynálezu vytvorený tiež s oddielmi jednoduchšieho prierezu, napríklad štvorcového alebo obdĺžnikového, do ktorých môžeme uložiť palivové články typu, ktorý je často používaný v ľahkovodných jadrových reaktoroch.

Doterajší stav techniky

Palivové články do jadrových reaktorov a iný rádioaktívny materiál, ktorý má byť transportovaný alebo skladovaný, sa najprv uložia do nádob alebo regálov (tiež nazývaných priehradové regály), ktorý bude potom uložený do transportného kontajnera alebo skladovacieho kontajnera, alebo do inštalácie určenej na tento účel. Tento typ zásobníka musí spĺňať niekoľko veľmi dôležitých funkcií. Najmä musí zásobník mať vysokú mechanickú odolnosť a schopnosť poskytnúť rádioaktívnemu materiálu vhodný obal; navyše musí byť manipulácia s týmto zásobníkom veľmi ľahká.

Vzhľadom na povahu rádioaktívneho materiálu musí zásobník spĺňať rôzne funkcie spojené s jadrovou bezpečnosťou počas transportu alebo skladovania. Tieto funkcie zahŕňajú predovšetkým potrebu odvádzať teplo produkované materiálmi obsiahnutými v zásobníku a kontrolovať jadrovú kritickosť v prípade, že ide o štiepne materiály, ktoré by mohli vyvolať reťazovú reakciu.

Mechanická odolnosť zásobníka je nevyhnutná z toho dôvodu, aby geometria zásobníka mohla byť zachovaná za všetkých okolností a to aj počas manipulácie so zásobníkom na účely dodržania jadrovej kritickosti a to aj v prípade zrýchlenia, ku ktorému dochádza počas transportu alebo v prípade nepredvídanej kolízie alebo pádu zásobníka.

Doterajšie zásobníky sú obvykle vybavené oddielmi s priehradkami z kompozitných materiálov sendvičového typu, ktoré sú vyrobené z postupných vrstiev rôznych materiálov, ktoré sú v kontakte jedna s druhou a každá z nich plní aspoň jednu z uvedených potrebných funkcií.

Napríklad je možné využiť vrstvu z materiálu dobre odvádzajúceho teplo, ako je hliník, meď a hliníkové a medené zliatiny v spojení s vrstvou štruktúrneho materiálu, ktorá dodáva zásobníku mechanickú odolnosť v prípade náhleho šoku, ďalej vrstvu materiálu obsahujúceho prvok absorbujúci neutróny, ako je bór alebo kadmium. Takýmto štruktúrnym materiálom s vysokou mechanickou odolnosťou môže byť nehrdzavejúca oceľ, uhlíková oceľ alebo hliník, alebo niektoré zo zliatin týchto materiálov. Materiál obsahujúci prvok absorbujúci neutróny je obvykle nehrdzavejúca oceľ, hliník alebo jeho zliatiny, alebo spečený materiál, napríklad na báze karbidu boru. V prípade nehrdzavejúcej ocele alebo hliníka je prvok absorbujúci neutróny obvykle pridávaný priamo do tohto materiálu, čo ináč výrazne neznižuje jeho mechanickú odolnosť. Jediná vrstva materiálu je potom dostatočná na to, aby zaistila vysokú mechanickú odolnosť a kontrolu jadrovej kritickosti.

V prvom type známeho zásobníka sú priehradky oddielov z kompozitného materiálu vyrobené tak, že sa pokladajú pásy plochých alebo profilovaných materiálov na seba v pozdĺžnom smere. Každý pás je tak zložený v niekoľkých vrstvách uvedených materiálov. Ďalšou známou metódou ako dosiahnuť pravidelné navrstvenie rôznych materiálov v pozdĺžnom smere, je vytvoriť v pásoch zarážky alebo dážky, do ktorých potom zapadajú jednotlivé pásy a vzájomne spolu kooperujú, takže pásy sú spojené pevne na seba kolmo na os oddielov.

Iný typ známeho zásobníka neobsahuje kompozitné pásy, ale vrstvy rôznych materiálov povymieňané v pozdĺžnom smere oddielov. Presnejšie vyjadrené, pásy, ktoré majú rovnakú geometriu, sú vyrobené z rôznych materiálov a sú na sebe navrstvené tak, aby vytvorili sekvenciu komponentov v pozdĺžnom smere, pričom každá z týchto vrstiev plní aspoň jednu z požadovaných funkcií. Dokument EP-A*/ 0 329 581 opisuje zásobník vyrobený týmto spôsobom.

V niektorých prípadoch a za určitých podmienok je možné tiež vyrobiť zásobník len z jedného materiálu. Napríklad hliník je dobrý vodič tepla a je veľmi ľahké spojiť ho s prvkom absorbujúcim neutróny, ako je na

SK 286969 Β6 príklad bór. Potrebnú mechanickú odolnosť hliníkových častí zásobníka potom dosiahneme tým, že jednotlivé časti zásobníka vyrobíme z dostatočne silných hliníkových dosák alebo hliníkových profilov s prierezom v tvare H alebo U.

Aj keď redukcia počtu použitých materiálov na výrobu zásobníka zjednodušuje výrobu a znižuje náklady, môže tak dochádzať k istej strate výkonnosti zásobníka. V prípade zásobníka na jadrové materiály vyrobeného len z hliníka je veľmi ťažké dodržať potrebnú mechanickú odolnosť, najmä pri vysokých teplotách, ktoré sa môžu vyskytovať v zásobníku obsahujúcom rádioaktívne materiály. Hrúbka hliníkových častí musí byť teda zvyšovaná alebo musíme skonštruovať zásobník prevažne z veľmi silných profilov, ako uvádzame. Výsledkom je potom výrobok, ktorýje veľmi ťažký, a dokonca dochádza aj na nežiaducu redukciu počtu príslušných oddielov a tým aj jeho kapacity.

Keď má byť vyrobený vysoko výkonný zásobník, napríklad vzhľadom na povahu rádioaktívneho materiálu alebo vzhľadom na hmotnosť prepravovaného a skladovaného materiálu, či vzhľadom na jeho rozmery, potom sú zásobníky vyrobené z kompozitných materiálov, teda z niekoľkých vrstiev materiálov schopných plniť rôzne funkcie, obvykle oveľa výhodnejšie cez ich kompetentnosť a vyššie náklady spojené s ich výrobou. Nehľadiac na počet použitých materiálov môžu vzniknúť rôzne potiaže pri výrobe doterajších známych zásobníkov. Pásy na jednotlivé vrstvy sa musia vyrobiť s veľkou presnosťou, aby mohli byť dokonale vyrovnané pri navrstvení. Táto podmienka je zásadná na výrobu oddielov zásobníka s konštantným prierezom a s dokonale hladkou stenou, aby bolo možné zabrániť akémukoľvek zadrhnutiu rádioaktívneho materiálu vnútri zásobníka pri vkladaní a vyberaní. Ak sú v pásoch tvoriacich vrstvy vytvorené zarážky alebo drážky, musia byť veľmi presne opracované, aby nevznikla pri spájaní žiadna vôľa; len tak je možné zaistiť, aby mal zásobník potrebnú pevnosť bez toho, že dôjde k nesprávnemu vyrovnaniu príslušných pásov.

Ak majú oddiely zásobníka štvorcový alebo obdĺžnikový prierez, tieto potiaže môžeme prekonať presným opracovaním, aj keď náklady s ním spojené nie sú nijako zanedbateľné. Ako je zobrazené na obr. 6 dokumentu EP-A-0 329 581, na tento typ oddielu zásobníka sú používané len jednotlivé pásy, ktoré sa vedú od jednej strany zásobníka k druhej bez akéhokoľvek prerušenia materiálu medzi priehradkami v priľahlých oddieloch. Toto usporiadanie zlepšuje kohéziu a mechanickú odolnosť zásobníka.

Použitie týchto techník je ďaleko zložitejšie pri zásobníkoch s polygonálnymi oddielmi (napríklad šesťhranné oddiely) s väčším počtom strán. Pokiaľ ide o príklad šesťhranných oddielov, musia sa použiť pásy skladané do prerušovaných vedení, ktoré sú potom usporiadané do príslušných smerov, ako je zobrazené na obr. 5 uvádzaného dokumentu EP-A-0 329 581. V tomto prípade nie je možné použiť jednotlivé pásy prechádzajúce prierezom zásobníka a z tohto dôvodu sa musí usporiadať veľký počet pásov. Nevyhnutná diskontinuita pásov pri tomto usporiadaní nutne znižuje žiaducu priečnu pevnosť a tým aj všeobecnú mechanickú odolnosť celého zásobníka. Ďalším dôsledkom zvýšeného počtu použitých pásov a ich skladania je značne zvýšená obtiažnosť tak pri výrobe, ako aj zostavovaní zásobníkov. Vzhľadom na to, že všetky pásy by mali byť vlastne zdvojené a uložené po celej výške zásobníka, musí sa použiť špeciálna výrobná technika na to, aby nedošlo k rozmerovým chybám, aby boli zachované minimálne tolerancie a vôle pri zostavovaní tak, že budú vyrobené oddiely s konštantným prierezom a dokonale hladkými stenami. Aplikácie týchto techník však vyžadujú veľké výrobné náklady.

Ako je zobrazené v dokumente EP-A-0 752 151, ďalšia známa metóda zhotovenia zásobníka spočíva v tom, že sa vytvorí zásobník s oddielmi s prizmatickým pravidelným polygonálnym prierezom tak, že sa spojí zväzok identických kovových rúrok s rovnakým prierezom. Rúrky môžu byť vyrobené z jedného kusa požadovaného tvaru a rozmerov a za vynaloženia rozumných výrobných nákladov tzv. pretlačovaním. DÍžka rúrok je výhodne zvolená tak, aby sa rovnala výške zásobníka, čo prispieva k uľahčeniu montáže a zníženiu nákladov. Zväzok rúrok je kompaktný a má nevyhnutnú kohéziu, k čomu prispievajú spájacie prostriedky ako sú vystužovacie pásy zvierajúce zväzok rúrok, ktoré sú rozmiestnené po celej výške zväzku.

Hlavná nevýhoda tohto technického riešenia podľa dokumentu EP-A-0 752 151 však spočíva v tom, že je vlastne obmedzená na rúrky vyrobené len z jedného materiálu. V tomto prípade musí byť príslušný materiál schopný plniť všetky uvedené potrebné funkcie. Ako sme sa už zmienili, použitie jedného materiálu je výhodné na výrobu a zníženie nákladov, ale môže zase viesť k zníženiu výkonu zásobníka, a to najmä k zníženiu jeho skladovacej kapacity vzhľadom na jeho hmotnosť a veľké rozmery.

Musíme konštatovať, že žiadne z doterajších uvádzaných technických riešení výroby skladovacích zásobníkov na rádioaktívne materiály nie je schopné splniť požadované funkcie a to jednoduchým a optimálnym spôsobom tak, že by pritom došlo k zníženiu výkonu zásobníka, najmä pokiaľ ide o jeho skladovaciu kapacitu a to bez ohľadu na tvar príslušných oddielov zásobníka aj v prípade šesťhranných tvarov oddielov zásobníka.

SK 286969 Β6

Podstata vynálezu

Cieľom vynálezu je vytvoriť skladovací zásobník na rádioaktívne materiály, ako sú palivové články z jadrových reaktorov, ktorý by spĺňal všetky požadované funkcie na tento zásobník a súčasne zaistil nevyhnutnú kontrolu jadrovej kritickosti, prenos tepla a mechanickú odolnosť a to bez ohľadu na tvar oddielov zásobníka, ale pri plnom zachovaní alebo aj zdokonalení skladovacej kapacity známych zásobníkov.

Podľa vynálezu môžeme tento cieľ dosiahnuť a vyrobiť zásobník na rádioaktívne materiály s niekoľkými rovnými kovovými rúrkami usporiadanými do zväzku pomocou spájacích prostriedkov, ktoré zoskupia rúrky paralelne k sebe do pravidelnej siete a vytvoria tak niekoľko priľahlých oddielov na rádioaktívne materiály, pričom každá z týchto rúrok tvorí súvislú stenu príslušného oddielu. Zásobník sa vyznačuje tým, že je vybavený niekoľkými kovovými krížovými tvarovkami, ktoré majú aspoň tri príruby navzájom spojené spoločným okrajom, pričom sú tieto krížové tvarovky umiestnené medzi rúrky tak, že vytvárajú druhú súvislú stenu okolo prvej steny a sú s ňou aspoň v čiastočnom kontakte.

Vzhľadom na skutočnosť, že každý oddiel zásobníka je vymedzený prvou stenou rúrky a druhou stenou zostavenou z prírub krížových tvaroviek vpravených medzi rúrky, neexistujú už žiadne potiaže, ktoré by boli na prekážku vytvorenia zásobníka s oddielmi s prierezom v tvare hranola. Navyše kompozitná povaha stien oddielov zásobníka uľahčuje výkon všetkých jeho zmienených požadovaných funkcií. Povedané inými slovami, zásobník podľa vynálezu umožňuje najlepšie využitie vlastností rôznych materiálov, ako aj optimalizáciu výkonu a skladovacie kapacity zásobníka, pričom je možné súčasne vytvárať rôzne tvary oddielov. Tieto požiadavky však zásobníky podľa známeho stavu techniky nespĺňali.

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu sú krížové tvarovky vo vzájomnom kontakte prostredníctvom vonkajších okrajov svojich prírub proti uvedeným spoločným okrajom. Toto usporiadanie zaisťuje tepelný kontakt medzi prírubami krížových tvaroviek, ako aj súvislosť druhej steny zásobníka.

Vonkajšie okraje prírub krížových tvaroviek môžu byť vybavené plôškami paralelnými na roviny uvedených prírub, ktorých prostredníctvom sú krížové tvarovky navzájom v kontakte alebo aj prídavnými čapmi a vybraniami, ktorými krížové tvarovky do seba zapadajú.

Podľa prvého usporiadania vynálezu je prierez rúrok v tvare hranola, štvorcový alebo obdĺžnikový a krížové tvarovky sú vybavené štyrmi prírubami orientovanými vo dvoch na seba kolmých smeroch.

Podľa druhého uskutočnenia vynálezu má prierez rúrok tvar šesťhranu a krížové tvarovky sú vybavené troma prírubami orientovanými v troch smeroch, ktoré spolu zvierajú uhol 120°.

Podľa tretieho uskutočnenia vynálezu má prierez rúrok tvar kruhový a krížové tvarovky sú vybavené štyrmi prírubami orientovanými vo dvoch na seba kolmých smeroch.

Vo všetkých týchto uskutočneniach môže byt krížová tvarovka vyrobená ako jeden kus s dĺžkou rovnajúcou sa dĺžke rúrky alebo môže byť tvorená niekoľkými segmentmi krížových tvaroviek, ktoré sú na svojich koncoch spojené a ktorých celková dĺžka sa potom rovná dĺžke rúrky.

V záujme prispieť na účinnosť prenosu tepla, sú krížové tvarovky vyrobené tak, aby obsahovali aspoň jednu vrstvu materiálu zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej hliník, meď a ich zliatiny.

V prípade, že ide o rádioaktívny materiál, ktorý je štiepny, aspoň jeden materiál tvoriaci rúrky a/alebo krížové tvarovky obsahuje prvok absorbujúci neutróny. Materiál absorbujúci neutróny môže byť bór, hafnium alebo kadmium. Vhodný je najmä bór obohatený borom 10 a to najmenej s 80 hmotn. %.

Podľa uskutočnenia vynálezu sú príruby krížových tvaroviek vyrobené aspoň z dvoch odlišných vrstiev materiálov, ktoré sú navzájom v kontakte.

Aby mohli rúrky spĺňať jednu z ich základných funkcií, teda zaisťovať mechanickú odolnosť zásobníka za všetkých okolností, sú výhodne vyrobené z materiálu zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej nehrdzavejúcu oceľ, uhlíkovú oceľ, hliník a ich zliatiny s dobrými mechanickými vlastnosťami, ako aj titán.

Podľa prvého uskutočnenia vynálezu obsahujú spájacie prostriedky aspoň dve kovové výstuže obklopujúce zväzok rúrok v rôznych jeho výškach.

Výhodne sú tieto výstuže vyrobené z materiálu s koeficientom tepelnej expanzie nižším alebo rovnajúci, sa koeficientu tepelnej expanzie materiálu, z ktorého sú vyrobené rúrky.

Podľa druhého uskutočnenia vynálezu sú spájacie prostriedky vybavené aspoň dvoma doskami umiestnenými v rôznych výškach zásobníka a spojkami, ktoré pevne prichytia tieto dosky navzájom, pričom každá doska je perforovaná radom dier, ktoré majú rovnaký tvar, ako je prierez rúrky; do týchto dier sú potom rúrky prichytené napevno.

Aspoň jedna z dvoch uvedených dosák je umiestnená na jednom konci zásobníka. Navyše sú spojky výhodne upevnené na doskách skrutkami.

Podľa druhého uskutočnenia spájacích prostriedkov je každá spojka navyše na vonkajšej ploche vybavená vnútornou plochou zväzku rúrok a pridružených krížových tvaroviek, pričom tak tvorí vonkajšiu plochu zásobníka. Vo všetkých prípadoch je zásobník vybavený silným dnom.

SK 286969 Β6

Prehľad obrázkov na výkresoch

V ďalšom texte budú opísané príklady možného uskutočnenia vynálezu, ktoré však nijako neobmedzujú rozsah vynálezu, a to s odvolaním na pripojené výkresy s obrázkami:

Obr. 1 je perspektívny schematický pohľad na zásobník na rádioaktívne materiály podľa prvého uskutočnenia vynálezu.

Obr. 2 je rez spojený s pohľadom na zadné obrysy zásobníka podľa obr. 1 vo väčšom meradle pozdĺž horizontálnej roviny.

Obr. 3A a 3B sú rezy porovnateľné s obr. 2 a zobrazujú dve možné uskutočnenia koncov prírub krížových tvaroviek vo väčšom meradle.

Obr. 4 je rez porovnateľný s obr. 1 znázorňujúci druhé uskutočnenie vynálezu.

Obr. 5 je pohľad v reze na zásobník zobrazený na obr. 4 vo väčšom meradle pozdĺž horizontálnej roviny.

Obr. 6 je perspektívny pohľad na tretie uskutočnenie vynálezu.

Obr. 7 je rez zásobníkom zobrazeným na obr. 6 vo väčšom meradle pozdĺž horizontálnej roviny.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 znázorňuje zásobník na rádioaktívne materiály podľa prvého výhodného uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu. Tento zásobník pozostáva z niekoľkých rúrok 10, niekoľkých kovových krížových tvaroviek 12 (obr. 2) umiestnených medzi rúrkami 10 a zo spájacích prostriedkov 14, ktoré zaisťujú kohéziu a kompaktnosť celého zväzku tvoriaceho zásobník.

Ako sme už uviedli, rádioaktívny materiál, ktorý sa má prevážať alebo uskladniť v zásobníku podľa vynálezu, môže byť akejkoľvek povahy. Zvlášť však môže ísť o palivové články z jadrových reaktorov formované tak, že ich prierez je štvorcový alebo šesťhranný.

Rúrky 10 sú rovné kovové rúrky rovnakých rozmerov. Všetky rúrky 10 majú rovnaký prierez aj dĺžku a sú vyrobené z rovnakého materiálu. Spájacie prostriedky 14 zväzujú rúrky 10 paralelne na seba v pravidelnom sieťovom usporiadaní do jedného celku.

Musíme upresniť, že zväzok rúrok 10 je určený na to, aby rúrky boli v zásobníku umiestnené vertikálne. Výsledkom je niekoľko na seba priľahlých oddielov 16, z ktorých každý môže obsahovať rádioaktívny materiál, napríklad palivové články z jadrových reaktorov, ktoré majú byť transportované a/alebo uložené.

Každá z rúrok 10 tvorí prvú stenu zodpovedajúceho oddielu 16. Prvá stena vytvára oddiel 16 po celej jeho dĺžke a obvode a to bez akéhokoľvek prerušenia.

Kovové krížové tvarovky 12 sú kovové časti tvorené radom rovných dosák, t. j. prírub 18 bez akéhokoľvek otvoru. Všetky príruby 18 pre jednu kovovú krížovú tvarovku 12 sú spojené navzájom rovným spoločným okrajom a sú rozmiestnené v rovnakých uhlových odstupoch na tomto okraji.

Z usporiadania zobrazeného na obr. 1 je zrejmé, že dĺžka kovových krížových tvaroviek 12 je rovnaká ako dĺžka rúrok 10.

Vo variantnom uskutočnení technického riešenia podľa vynálezu (nezobrazené) je každá kovová krížová tvarovka 12 vytvorená z niekoľkých kovových segmentov krížových tvaroviek 12 spojených svojimi koncami. Celková dĺžka týchto kovových segmentov krížových tvaroviek 12 sa potom rovná dĺžke rúrok 10.

Každá z kovových krížových tvaroviek 12 je združená so skupinou priľahlých rúrok 10 a ich počet a rozmiestnenie závisí od prierezu rúrok 10 a od tvaru sieťového usporiadania tvoreného zväzkom rúrok 10. Spoločný okraj je umiestnený v strede skupiny rúrok 10 paralelne na os rúrok 10. Počet prírub 18 kovových krížových tvaroviek 12 sa rovná počtu rúrok 10 príslušného zväzku tvoriaceho zásobník. Príruba 18 kovovej krížovej tvarovky 12 je umiestnená medzi každým párom priľahlých rúrok 10 vo zväzku vytvárajúcom zásobník.

Príruby 18 každej kovovej krížovej tvarovky 12 sú rozmiestnené medzi rúrkami 10 tak, že vonkajšie okraje každej príruby 18 proti spoločnému okraju sú paralelné s týmto okrajom a v kontakte s vonkajším okrajom príruby 18 priľahlej kovovej krížovej tvarovky 12 umiestnenej medzi rovnakým párom rúrok 10. Kovové krížové tvarovky 12 tak vytvárajú druhú súvislú stenu okolo každého z oddielov 16.

Navyše je zväzok vytvorený spájacími prostriedkami 14 usporiadaný tak, že každá z prírub 18 kovovej krížovej tvarovky 12 je v kontakte s každou z rúrok 10 umiestnených na každej strane tejto príruby 18 a to prakticky po celej výške zásobníka. Druhá stena oddielov 16 zásobníka je tvorená kovovými krížovými tvarovkami 12 upravenými okolo každého z oddielov 16 a je teda aspoň v čiastočnom kontakte s prvou stenou oddielov 16 zásobníka vytvorenou rúrkami 10.

V uskutočnení technického riešenia podľa vynálezu zobrazeného v detaile na obr. 1 a 2 má každá rúrka 10 rez v tvare hranola. Pravidelné sieťové usporiadanie zväzku rúrok 10 je teda štvorcovou sieťou, takže každá skupina rúrok 10 je tvorená štyrmi priľahlými rúrkami 10. Podľa uvedeného usporiadania je potom každá kovová krížová tvarovka 12 tvorená štyrmi prírubami 18 pozdĺž dvoch na seba kolmých smerov. Toto usporiadanie znázornené na obr. 1 a 2 umožňuje kompletný povrchový kontakt medzi prírubami 18 kovových krížových tvaroviek 12 a priľahlých strán rúrok 10.

Podľa druhého nákresu technického riešenia podľa vynálezu znázorneného na obr. 3B sú vonkajšie okraje prírub 18 kovových krížových tvaroviek 12 proti strednému okraju vyhotovené tak, aby jeden okraj mohol zapadnúť do druhého. Táto úprava môže spočívať napríklad v použití čapu 22 a jemu zodpovedajúceho vybrania 24. Opísané usporiadanie poskytuje tiež výhody ako predchádzajúce a navyše zvyšuje kontakt priľahlých častí, ako aj odvod tepelného toku.

V zásobníku podľa vynálezu je hlavnou funkciou rúrok 10 vytvárajúcich prvé steny oddielov 16 vybaviť zásobník mechanickou odolnosťou a to tak za normálnych podmienok, ako aj v prípade nejakých nehôd (napríklad keď zásobník spadne). Geometria zásobníka je teda za všetkých okolností zachovaná, čo pomáha aj udržať kontrolu nad jadrovou kritickosťou.

V záujme účinnej funkcie zásobníka je treba, aby boli rúrky 10 vyrobené z odolného materiálu, výhodne zvoleného zo skupiny pozostávajúcej z nehrdzavejúcej ocele, uhlíkovej ocele, hliníka a hliníkových zliatin s dobrými mechanickými vlastnosťami, ako aj z titánu. Tento zoznam materiálov, ktoré môžu byť použité, však nie je zďaleka vyčerpávajúci.

Rúrky 10 môžu byť vyrobené akoukoľvek výrobnou technikou, napríklad valcovaním alebo zložením dosky do požadovaného tvaru, ktorý sa nakoniec uzavrie zváracím švíkom. V prípade hliníkových rúrok sa výhodne používa technika pretláčania, takže môžeme vyrobiť bezšvíkové rúrky akéhokoľvek rozmeru a tvaru.

Zásobník podľa vynálezu musí odvádzať teplo produkované rádioaktívnymi materiálmi v ňom uloženými, čoho môžeme docieliť predovšetkým prostredníctvom kovových krížových tvaroviek 12. Táto funkcia je veľmi dôležitá vtedy, keď je rádioaktívny materiál palivovým článkom, ktorý bol ožiarený v jadrovom reaktore, pretože tieto články emitujú teplo vo veľkom množstve.

V uskutočnení technického riešenia podľa vynálezu je tepelný tok produkovaný rádioaktívnymi materiálmi prenášaný na kov krížových tvaroviek 12 prostredníctvom kovu, z ktorého sú zhotovené rúrky 10 vytvárajúce prvé steny zásobníka. Prenos tepla je uľahčený tým, že príruby 18 kovových krížových tvaroviek 12 vytvárajúcich druhé steny oddielov 16 sú priľahlé na steny vytvorené z rúrok 10, ktoré tvoria prvé steny oddielov 16.

Účinnosť tohto tepelného prenosu je výhodne zvyšovaná voľbou materiálu použitého pre kovové krížové tvarovky 12 vyrobené z dobre vodivého materiálu, ako je meď a jej zliatiny alebo hliník a jeho zliatiny.

Tepelný tok sa tak prenáša do materiálu kovových krížových tvaroviek 12, ktoré sú vo vzájomnom kontakte svojimi vonkajšími okrajmi a to zvnútra smerom von zo zásobníka. Predovšetkým vďaka kontaktu medzi vonkajšími okrajmi prírub 18 kovových krížových tvaroviek 12 prechádza tepelný tok smerom von zo zásobníka takmer bez prerušenia, nestretáva sa so žiadnym tepelným odporom, ktorý by mohol spôsobiť, že by teplota vnútri zásobníka neúmerne vzrástla.

Tepelný tok sa potom rozptýli do atmosféry alebo do konštrukcie, v ktorej sa zásobník nachádza pri transporte alebo skladovaní.

Keď je zásobník naplnený štiepnym rádioaktívnym materiálom, ktorý by mohol vyvolať jadrovú reakciu, jeho časti musia tiež plniť tretiu základnú funkciu a to kontrolu jadrovej kritickosti.

Túto kontrolu dosiahneme jednak mechanickou odolnosťou zásobníka, ktorá je zaistená veľkou mechanickou odolnosťou rúrok 10 vytvárajúcich prvé steny oddielov 16 zásobníka.

Jadrová kritickosť je tiež sčasti kontrolovaná tým, že sa do materiálov, z ktorých je vytvorená konštrukcia zásobníka, pridáva prvok absorbujúci neutróny, ako je bór alebo kadmium. Tieto prvky by mali však byť do konštrukčných materiálov vpravované v rozptýlenej forme a to buď do kovu rúrok 10, alebo do kovu krížových tvaroviek 12, alebo do obidvoch týchto konštrukčných materiálov súčasne. Ďalej je tiež možné z prvku absorbujúceho neutróny vytvoriť vrstvu priliehajúcu k jednej zo stien alebo napríklad formou spečeného materiálu na báze karbidu boru vytvoriť vrstvu na prírubách 18 kovových krížových tvaroviek 12.

Ak je prvkom absorbujúcim neutróny bór, potom je výhodne obohatený o bór 10, čo je izotop boru, ktorý je veľmi účinným absorbérom neutrónov. Táto charakteristika nemodifikuje veľmi mechanickú a metalurgickú odolnosť použitých materiálov.

Podľa výhodného uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu sú príruby 18 kovových krížových tvaroviek 12 vyrobené z kompozitného materiálu, ktorý je zložený jednak z kovu s vysokou vodivosťou tepla, ako je napríklad meď alebo medené zliatiny, a ďalej z materiálu s vysokým obsahom boru, ako je spečený materiál na báze karbidu boru.

Ako je zobrazené v prvom príklade uskutočnenia, rovnaká zložka zásobníka môže súčasne plniť niekoľko funkcií, aby sa tak zlepšil celkový výkon zásobníka.

V uskutočnení technického riešenia podľa vynálezu zobrazeného na obr. 1 sú spájacie prostriedky 14 vytvorené kovovou výstužou obklopujúcou zväzok rúrok 10 a kovových krížových tvaroviek 12 na rôznych úrovniach. Spájacie prostriedky 14 sú najmenej dva, na obr. 1 sú však znázornené tri spájacie prostriedky. Každá z týchto kruhových konštrukcií je vytvorená kovovou výstužou 26 obklopujúcou zväzok rúrok 10.

Výhodne je kovová výstuž 26 vyrobená z kovu iného, ako je kov rúrok 10. Kov na výstuž sa zvolí tak, aby jeho koeficient expanzie bol menší alebo rovnaký ako koeficient expanzie rúrok 10, takže kohézia a kontakt medzi rúrkami 10 a krížovými tvarovkami 12 zostáva nezmenený alebo sa zvyšuje vtedy, keď teplota vzrastá. Účinnosť prenosu tepla je tak zachovaná. Sila sťahu kovových výstuží je upravená na požadovanú hodnotu napínacím zariadením (nezobrazené).

Ako je znázornené na obrázku 1, zásobník podľa vynálezu môže mať silné dno 28 alebo dosku obvykle kovovú navyše k uvedenej konštrukcii. Rúrky 10 a krížové tvarovky 12 spolu so spájacími prostriedkami 14 sú podoprené dnom 28. Dno 28 je predovšetkým užitočné na prichytenie rádioaktívnych materiálov, napríklad vtedy, keď sa so zásobníkom separátne manipuluje.

Zásobník podľa vynálezu môže byť tiež vybavený hornou doskou (nie je zobrazená). Táto doska potom musí byť vybavená príchytkami na uľahčenie manipulácie so zásobníkom.

Podľa variantu uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu, ktorý nie je znázornený, sú rúrky 10 s prierezom v tvare štvorca nahradené rúrkami 10 s prierezom v tvare obdĺžnika. Kovové krížové tvarovky 12 pozostávajú z dvoch malých, v jednej rovine umiestnených prírub 18, ktorých šírka sa rovná jednej polovici dĺžky krátkej strany obdĺžnika a dvoch Sírových prírub 18 kolmých na prvé dve príruby 18 so šírkou rovnajúcou sa jednej polovici dĺžky dlhej strany obdĺžnika.

Ďalší variant uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu, ktorý tiež nie je znázornený, pozostáva z rúrok 10 s kruhovitým prierezom. Príruby 18 kovových krížových tvaroviek 12 sú umiestnené ako dotyčnica k rúrkam 10. Týmto spôsobom preniká tepelný prúd uvoľňovaný rádioaktívnym materiálom z rúrok 10 do kovových krížových tvaroviek 12.

Druhé uskutočnenie technického riešenia podľa vynálezu znázornené na obr. 4 a 5 je podstatne odlišné od prvého uskutočnenia a to tvarom rúrok 10.

Namiesto prierezu v tvare štvorca majú v tomto prípade rúrky 10 prierez v tvare šesťhranu. Zväzok rúrok 10 tak vytvára trojuholníkovú sieť. To znamená, že každá krížová tvarovka 12 je vybavená troma prírubami v uhlovom rozmedzí 120°. Všetky ďalšie charakteristiky a vlastnosti uvedené pre prvé uskutočnenie technického riešenia podľa vynálezu a jeho varianty môžeme aplikovať aj v tomto prípade.

Obr. 6 a 7 zobrazujú tretie uskutočnenie technického riešenia podľa vynálezu.

Na obr. 4 a 5 sú znázornené rúrky s prierezom v tvare šesťhranu. V tomto prípade sú však spájacie prostriedky 14 nahradené perforovanými kovovými doskami 30 pevne navzájom spojenými spojkami 32a, 32b, čím sa vytvára silná konštrukcia, ktorá udržiava rúrky 10 a kovové krížové tvarovky 12 na mieste.

Presnejšie povedané, aspoň dve dosky 30 sú umiestnené kolmo na os rúrok 10 zásobníka. Dosky 30 sú tenké (od niekoľko mm do niekoľko cm) a sú vybavené sieťou dier 34, pričom ich tvar a rozmery zodpovedajú rúrkam 10. V príklade uskutočnenia, kde majú rúrky 10 prierez v tvare šesťhranu, sú diery 34 tiež šesťhranné a ich rozmery sú nepatrne väčšie ako rozmery rúrok 10. Rúrky 10 tak zapadajú do každej diery 34 v každej podpernej doske 30 s nepatrnou toleranciou. Pretože sú dosky 30 navzájom spojené spojkami 32a a 32b, rúrky 10 sú tak udržiavané na mieste podpernými doskami 30.

Ako je znázornené na obr. 7, hrúbka stien 36 medzi priľahlými dierami 34 v tej istej doske 30 je upravená tak, aby bola nepatrne väčšia, ako je hrúbka prírub 18 krížových tvaroviek 12. Tento nákres znázorňuje rozsah miesta medzi rúrkami 10 len na vsunutie kovových krížových tvaroviek 12, takže sa redukuje celková vôľa na dostatočne nízku hodnotu a príruby 18 kovových krížových tvaroviek 12 aj steny rúrok 10 sú tesne prepojené.

Každá z kovových krížových tvaroviek 12 je vyrobená z niekoľkých krížových segmentov 38, pričom každý segment 38 má dĺžku, ktorá sa rovná vzdialenosti medzi doskami 30 alebo vzdialenosti oddeľujúcej každý koniec zásobníka od najbližšej dosky 30. Tento nákres znázorňuje, ako je možné usporiadať druhú súvislú stenu okolo každého oddielu 16.

Ako je schematicky znázornené na obr. 6, dosky 30 sú umiestnené na hornej a dolnej časti zásobníka. V tomto prípade je horná doska 30 vybavená príchytkami alebo podobným zariadeniam na manipuláciu so zásobníkom, ako sú napríklad skrutky s okami. Dierovaná spodná doska môže byť tiež nahradená alebo zdvojená jednoliatou doskou, ako je opísané na obr. 1.

Z obr. 6 vyplýva, že spojky 32a a 32b sú umiestnené mimo zväzok rúrok 10 a sú paralelné s rúrkami 10 po celej výške zásobníka.

Dosky 30 okrem hornej a spodnej dosky sú vybavené spojkami 32a a 32b s drážkami 40a, 40b. Tieto drážky 40a, 40b sú určené na vsunutie dosák 30. Jeden alebo viac pripevňovacích prostriedkov, ako sú skrutky 42, prechádzajú spojkami 32a a 32b a pripevňujú tak dosky 30.

Rovnako horné a spodné dosky 30 sú pripevnené ku koncom spojok 32a a 32b skrutkami 44.

Opísaný nákres predstavuje rám vytvorený doskami 30 a spojkami 32a a 32b, ktoré tak tvoria pevnú konštrukciu.

Na obr. 6 sú znázornené spojky 32a a 32b dvoch rôznych typov podľa pozície, v ktorej sú umiestnené na obvode zásobníka. Rúrky 10 s prierezom v tvare šesťhranu vnútri plášťa s kruhovitým prierezom vytvárajú prvé ustupujúce časti s hranolovým napoly šesťhranným prierezom a druhé ustupujúce časti s hranolovým zubovým prierezom okolo obvodu zásobníka.

Spojky 32a majú vonkajšiu stenu vytvorenú tak, aby mohli prichytiť prvé ustupujúce časti a spojky 32b sú prispôsobené na prichytenie druhých ustupujúcich častí. Vonkajšie strany spojok 32a a 32b sú valcovité a majú rovnaký rádius zakrivenia rovnajúci sa zakriveniu vonkajšieho valcovitého plášťa zásobníka. Ak sú teda všetky spojky 32a a 32b umiestnené okolo zväzku rúrok 10, ich vonkajšie steny vytvárajú vonkajší valcovitý plášť zásobníka.

Práve opísaný nákres znázorňuje, ako je možné udržať potrebnú vôľu medzi zásobníkom a kontajnerom, ak je zásobník umiestnený v kontajneri. Táto charakteristika zlepšuje prenos tepla medzi vonkajškom zásobníka a konštrukciou kontajnera.

Valcovitý tvar vonkajšieho plášťa je daný len ako príklad. Môžeme vytvoriť plášť v tvare s prierezom tvarom štvorca, obdĺžnika alebo aj iný, ak sa použijú vhodné tvary spojok.

Materiály použité na výrobu dosák 30 a spojok 32a a 32b sú výhodne kovy s veľkou mechanickou odolnosťou, ako kovy zvolené zo skupiny nehrdzavejúcej ocele, uhlíková oceľ a hliníkové zliatiny s dobrými mechanickými vlastnosťami.

Zásobník podľa druhého uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu, ktorý bol opísaný, má podobné charakteristiky a vlastnosti ako prvé uskutočnenie tohto riešenia a jeho varianty.

Opísané uskutočnenia technického riešenia podľa vynálezu a ich varianty jasne preukazujú veľké výhody vynálezu. Predovšetkým je zrejmé, že vynález je vhodný na výrobu zásobníkov s oddielmi 16 s prierezom šesťhranným, ale aj obvyklejším štvorcovým a obdĺžnikovým.

Kompaktný zväzok rúrok 10 a krížových tvaroviek 12 vytvorený spájajúcimi prostriedkami 14 uľahčuje prenos tepla. Použitie pripájacích prostriedkov, ako sú skrutky alebo zvary, je pritom minimálne. Z tohto dôvodu sú výrobné náklady optimalizované.

Claims (22)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zásobník na rádioaktívne materiály s niekoľkými rovnými kovovými rúrkami (10) usporiadanými do zväzku pomocou spájacích prostriedkov (14), ktoré zoskupujú rúrky paralelne k sebe do pravidelnej siete a vytvárajú tak niekoľko priľahlých oddielov (16) pre rádioaktívne materiály, pričom každá z týchto rúrok (10) tvorí súvislú stenu príslušného oddielu, vyznačujúci sa tým, že je vybavený niekoľkými kovovými krížovými tvarovkami (12), ktoré majú aspoň tri príruby (18) navzájom spojené spoločným okrajom, pričom sú kovové krížové tvarovky (12) umiestnené medzi rúrky (10) tak, že vytvárajú druhú súvislú stenu okolo prvej steny a sú v nej aspoň v čiastočnom kontakte.
2. 2. Zásobník podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že kovové krížové tvarovky (12) sú navzájom v kontakte s vonkajšími okrajmi svojich prírub (18) proti spoločným okrajom.
3. 3. Zásobník podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že vonkajšie okraje prírub (18) kovových krížových tvaroviek (12) sú vybavené plôškami (20) paralelnými na roviny prírub (18) a kovové krížové tvarovky (12) sú navzájom v kontakte prostredníctvom plôšok (20).
4. 4. Zásobník podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že vonkajšie okraje prírub (18) kovových krížových tvaroviek (12) sú navzájom v kontakte s prídavnými čapmi (22) a vybraniami (24), ktoré zapadajú do seba.
5. 5. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nároku 1-4, vyznačujúci sa tým, že rúrky (10) majú prierez v tvare štvorca alebo obdĺžnika a kovové krížové tvarovky (12) sú vybavené štyrmi prírubami (18) orientovanými vo dvoch na seba kolmých smeroch.
6. 6. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-4, vyznačujúci sa tým, že rúrky (10) majú prierez v tvare šesťhranu a kovové krížové tvarovky (12) sú vybavené troma prírubami (18) orientovanými v troch smeroch, ktoré zvierajú uhol 120°.
7. 7. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-4, vyznačujúci sa tým, že rúrky (10) majú kruhový prierez a kovové krížové tvarovky (12) sú vybavené štyrmi prírubami (18) orientovanými vo dvoch na sebe kolmých smeroch.
8. 8. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov 1-7, vyznačujúci sa tým, že dĺžka kovových krížových tvaroviek (12) sa rovná dĺžke rúrok (10).
9. 9. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-7, vyznačujúci sa tým, že kovové krížové tvarovky (12) sú vytvorené z krížových segmentov (38), ktoré sú na svojich koncoch spojené a ktorých celková dĺžka sa rovná dĺžke rúrky (10).
10. 10. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-9, vyznačujúci sa tým, že príruby (18) kovových krížových tvaroviek (12) pozostávajú aspoň z dvoch vrstiev rôznych materiálov navzájom spojených.

    SK 286969 Β6
11. 11. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-10, vyznačujúci sa tým, že kovové krížové tvarovky (12) obsahujú aspoň jednu vrstvu materiálu zvoleného zo skupiny zahŕňajúcej hliník, meď a ich zliatiny.
12. 12. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-11, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedna z niekoľkých rúrok (10) a niekoľko kovových krížových tvaroviek (12) obsahuje prvok absorbujúci neutróny.
13. 13. Zásobník podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že prvok absorbujúci neutróny je zvolený zo skupiny zahŕňajúcej bór, hafhium a kadmium.
14. 14. Zásobník podľa nároku 12, vyznačujúci sa tým, že prvok absorbujúci neutróny je bór obohatený borom 10 a to najmenej z 80 hmotn. %.
15. 15. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-14, vyznačujúci sa tým, že rúrky (10) a spájacie prostriedky (14) sú zhotovené z materiálu zvoleného zo skupiny pozostávajúcej z nehrdzavejúcej ocele, uhlíkovej ocele, hliníka a ich zliatin, ako aj titánu.
16. 16. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-15, vyznačujúci sa tým, že spájacie prostriedky (14) zahŕňajú aspoň dve kovové kruhové výstuže (26) obklopujúce zväzok rúrok (10) v rôznych úrovniach.
17. 17. Zásobník podľa nároku 16, vyznačujúci sa tým, že kruhové kovové výstuže (26) sú vyrobené z materiálu s tepelným koeficientom expanzie nižším alebo rovnajúcim sa tepelnému koeficientu expanzie materiálu rúrok (10).
18. 18. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-15, vyznačujúci sa tým, že spájacie prostriedky (14) zahŕňajú aspoň dve dosky (30) umiestnené v rôznych úrovniach zásobníka a pevne navzájom spojené spojkami (32a, 32b), pričomje každá doska perforovaná sieťou dier (34) rovnakého tvaru, ako je prierez rúrok (10) upevnených v dierach (34).
19. 19. Zásobník podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že aspoň jedna z dosák (30) je umiestnená na konci zásobníka.
20. 20. Zásobník podľa nároku 18 alebo 19, vyznačujúci sa tým, že spojky (32a, 32b) sú pripojené k doskám (30) skrutkami (42,44).
21. 21. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 18-20, vyznačujúci sa tým, že každá spojka (32a, 32b) je vybavená vnútornou stenou prispôsobenou zakriveniu vonkajšieho plášťa zväzku rúrok (10) a pridružených kovových tvaroviek (12) a vonkajšou stenou vytvárajúcou pravidelný tvar.
22. 22. Zásobník podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1-21, vyznačujúci sa tým, že je vybavený pevným dnom (28).