TW202040590A

TW202040590A - 具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器

Info

Publication number: TW202040590A
Application number: TW109111164A
Authority: TW
Inventors: 喬治Ｃ卡佛
Original assignee: 美商Ｎａｃ國際股份有限公司
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2020-11-01
Also published as: JP2020180958A; CA3042757C; CN111863297A; JP6775062B1; CA3042757A1; US20200343010A1; US11289228B2

Abstract

本申請涉及具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器。容器被設計成安全儲存放射性碎片。該容器具有外包裝，該外包裝具有在頂端和底端之間延伸的長形主體。筐位於外包裝的內部。該筐具有長形罐。罐中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的長形主體。罐中的至少一個具有插入件，該插入件具有數個長形穿孔管，這些穿孔管容納放射性碎片。穿孔使氣體（主要是空氣）能夠流過側壁，以通過增加碎片的暴露表面積而使液體（主要是水）能夠從放射性碎片蒸發。

Description

具有穿孔柱形插入件的核燃料碎片容器

本揭露的實施方案通常涉及安全儲存放射性碎片（radioactive debris），諸如堆芯熔化物（corium）、核燃料棒組件及其部分等。

由東京電力公司（TEPCO）擁有和營運的日本福島第一核電站（IF）1號至3號機組由於2011年3月11日發生的日本東部大地震而遭受了巨大的損壞。據推測，1F反應器中的核燃料經歷熔化，並因此落到反應器壓力槽（RPV）和/或壓力圍阻槽（Pressure Containment Vessel）（PCV）的底部，該核燃料在與反應器內部部件（reactor internals）、混凝土結構和其他材料熔融後作為燃料碎片在上述底部處固化。

為了拆除1F，有必要使用適當且安全的包裝、轉移和儲存（PTS）程序來從RPV/PCV移除燃料碎片。燃料碎片回收程序預期將在10年的時間內開始，並在20至25年的時間內完成。計劃在30-40年後，所有的燃料碎片都將被置於臨時儲存（interim storage）中。

提供了容器和方法的實施方案以用於安全移除和儲存放射性碎片。

其中一種實施方案是容納放射性碎片的容器。該容器包括外包裝，該外包裝具有在頂端和底端之間延伸的長形圓柱形主體（elongated cylindrical body）、在該底端處的平坦底部部分和在該頂端處的圓形平坦蓋。該容器還包括位於外包裝的內部的筐和數個長形圓柱形罐，該數個長形圓柱形罐沿它們的長度藉由筐保持平行。罐中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的長形圓柱形主體、位於該底端處的平坦底部部分以及位於該頂端處的圓形平坦蓋。

此外，長形穿孔柱形插入件（elongated columnizing insert）位於罐中的至少一個的內部。插入件具有數個長形圓柱形管，該數個長形圓柱形管沿它們的長度在至少一個罐的內部是平行的。管中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的側壁，並且具有數個穿孔。篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔。放射性碎片的數個柱（columns）位於插入件的相應的管中並且基本上由插入件的相應的管產生。放射性碎片的柱含有一定量的二氧化鈾（UO2）燃料。穿孔和篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分限制在該等管內。

其中，另一種實施方案是容納放射性碎片的罐。罐包括在頂端和底端之間延伸的長形圓柱形主體、位於底端處的平坦底部部分和位於頂端處的圓形平坦蓋。

長形柱形插入件位於罐的主體的內部。插入件具有在頂端和底端之間延伸的長形圓柱形主體。插入件具有數個長形圓柱形管，該數個長形圓柱形管沿它們的長度在罐的內部是平行的。管中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的側壁。側壁具有數個穿孔。篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔。放射性碎片的數個柱位於插入件的相應的管中並且基本上由插入件的相應的管產生。放射性碎片的柱含有一定量的UO2燃料。穿孔和篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分容納在該等管內。

其中，還有另一種實施方案是容納放射性碎片的穿孔柱形插入件，並且該插入件被設計用於插入罐中。插入件包括在頂端和底端之間延伸的長形圓柱形主體。插入件具有數個長形圓柱形管，該數個長形圓柱形管沿它們的長度在罐的內部是平行的。管中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的側壁。側壁具有數個穿孔。篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔。放射性碎片的數個柱位於插入件的相應的管中並且基本上由插入件的相應的管產生。放射性碎片的柱含有一定量的UO2燃料。穿孔和篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分容納在該等管內。

藉由查閱以下圖式和詳細描述，本發明的其他裝置、方法、特徵和優點對於熟習本技藝者將是明顯的或將變得明顯。意圖是，所有此類附加系統、方法、特徵和優點被包括在本說明書內，落入本發明的範圍內，並且由所附申請專利範圍保護。

為了建立用於IF燃料碎片的PTS系統，需要基於核燃料碎片條件、監管要求以及反應器壓力槽（RPV）和主圍阻槽（Primary Containment Vessel）（PCV）內部條件來制定程序。這需要在處理核燃料材料時充分考慮臨界度（criticality）預防、防止氫氣爆炸以及評估所有其他相關的安全相關功能。

計劃將用充滿水的PCV實施燃料碎片回收程序，以便屏蔽輻射並防止放射性材料的擴散。為了在PTS程序期間保持次臨界，IF燃料碎片將被固定在具有受控內徑的罐中。

一旦燃料碎片已被安全地包裝在燃料碎片罐中，一些水也可能被容納在罐內。因此，通過水的輻解產生氫氣是可能的。為了防止在操縱燃料碎片罐時氫氣爆炸，罐包括網型過濾器，以允許釋放罐中如此產生的任何氫氣。可以認為，來自燃料碎片的核裂變材料可以與氫氣一起從該過濾器中釋放。具有過濾器的燃料碎片罐必須設計成即使核裂變材料從罐中釋放也保持次臨界（例如，在濕池環境（wet pool environment）中）。部署設備以帶走從罐中釋放的氫氣和核裂變材料也是可能的。A. 過程概述

以下是碎片包裝和裝載的碎片罐的隨後管理的概述。1. 罐裝載

將燃料碎片裝載到罐中將在反應器壓力槽附近執行。填充之後，蓋將被放置在罐上（不是螺栓連接的（not bolted）），並且然後該罐將通過現有的水通道被轉移至反應器乏燃料池。如有必要，中子監測器定位在罐裝載站附近將是可行的，以推斷裝載期間罐的反應性（reactivity），從而確保碎片的裝載不會違反規定的臨界度界限。此外，可攜式稱重平臺應該是可行的，使得如果規定的重量限制將被違反時，可以停止碎片的裝載。

填充的罐將被接收在反應器乏燃料池中並定位在將容納五個罐的架子（rack）中。這些架子將是金屬外包裝內部使用的筐，該金屬外包裝隨後將首先裝載到轉移桶中，甚至隨後有可能裝載到運輸桶中，並且最後裝載到通風混凝土幹儲存桶中，以用於長期的臨時儲存。

此時，罐內部的碎片將完全浸入水中，並且水解將導致氫氣的產生。罐將包括通風管，以允許釋放這樣的氫氣，並且這將使罐能夠連接到外部氫氣/廢氣處理和收集設備。應該有足夠的占地面積以將這樣的設備定位在反應器乏燃料池附近，並且其主要功能將如下：（a）來自罐的氣體和濕蒸汽將首先進入旋風汽水分離器（Cyclone Moisture Separator）；（b）剩餘氣體將被引導至雙過濾器監測組件（DFMA）；（c）過濾的氣體將被收集在集氣總管（Gas Collection Header）（GCH）中；以及（d）收集的氣體將被排放到廠房通風系統（PVS）。

碎片罐將包括用於在對罐進行排水和/或清洗時使用的第二貫穿管線（second penetration line）。在該初始儲存階段期間，如果氫氣的產生出於任何原因增加至超過爆炸下限（LEL）濃度，則該第二管線將實現用氦氣清洗。來自罐的每條管線都將受到監控，以便對任何不可接受的操作條件提供警報。2. 反應器乏燃料 池：碎片罐的排水和乾燥

在認為合適的情況下並且當認為合適時，每個容納五個碎片罐的筐將被轉移到反應器乏燃料池中的另一個位置（罐處理站），在那裡五個罐的組將連接到外部罐處理系統。這將排出每個罐中的水，並且然後將用處於約150攝氏度的氦氣清洗每個罐，以便排出幾乎所有的濕氣。一旦完成該項，如有必要，則五個罐的筐可以返回到其在池中的原始儲存位置，在那裡該筐可以再次連接到外部氣體去除和處理系統。該筐可以保留在那裡，直到實施轉移到另一個儲存位置的時候。在這種相對乾燥的條件下，通過水解產生的氫氣將大大減少。可替代地，罐可以立即包裝在外包裝和轉移桶中，以從反應器乏燃料池移除碎片罐。3. 轉移出反應器乏燃料池

在轉移出反應器池之前，筐將被裝載到金屬外包裝中，金屬外包裝本身已經被裝載到轉移桶中。此時，外包裝將安裝有臨時屏蔽蓋。經由該臨時蓋中的穿透，罐上的排水管線將被關閉，並且外部過濾器將被附接到廢氣貫穿管線。臨時蓋將由最終封閉蓋代替，最終封閉蓋是螺栓連接或焊接設計，這取決於碎片管理中的預期的下一個階段。如果意圖是進行現場轉移，例如轉移到公共AFR（遠離反應器）濕池，那麼封閉蓋將被螺栓連接。如果意圖是直接轉移到AFR（離場（off-site））臨時幹儲存，那麼封閉蓋將被焊接。

焊接封閉件將包括用於離場運輸階段的簡單封閉板。一旦處於儲存位置，這將由外部過濾器代替。如果要將罐從外包裝取出並再次儲存在濕池環境中，則螺栓連接的封閉件可以僅包括簡單的蓋板。可替代地，如果擔心轉移期間可能出現明顯的時間中斷，那麼其也可以包括外部過濾器。

在進入下一個操作階段（濕池或幹儲存）之前，金屬外包裝將被排水和乾燥。4. 碎片罐的主要特徵

揭露了兩種罐的變型。第一種是開放式結構，沒有內部子部分以促進裝載碎片，並且與將用較小直徑的罐實現的填充密度相比最終具有預期的更高填充密度。第二種包括十字形內部分隔板（sub-divider），以應對從反應器芯回收任何大體上完整的燃料組件的情況；（分隔板將幫助促進方便地裝載多達四個這樣的完整的或部分完整的燃料裝配件）和/或處理可能具有高於估計平均碎片混合物的濃縮鈾濃度的碎片，這在開放式罐設計中可能不是次臨界的。應注意的是，開放式結構可以利用穿孔柱形插入件用於極細小的碎片。本文件稍後將提供用於所提議的罐尺寸的基礎以及如何可以確保次臨界的全部細節。

在罐被排水、乾燥和包裝在外包裝中之前，這些罐將不包括任何類型的整體式過濾器。在碎片管理的這些階段期間，在合適的情況下並且當合適時，將專門使用外部安裝的過濾器。

罐可以結合氫氣吸收材料或其他氫氣控制裝置。任何這樣的集氫器（hydrogen getter）將被評估以用於管理從碎片中釋放的氫氣，並根據需要被結合。B. 次臨界的保證

已經估計了要被回收並裝載到罐中的混合碎片中將包含的多種材料的量。對於仍可能定位在壓力槽內部的碎片，這將傾向於主要是與一些金屬結構材料（燃料包層、BWR通道、BWR組裝部件、可能的控制棒葉片和可能的一些反應器結構材料）混合的鈾。對於已經穿透壓力槽並落到混凝土圍阻槽的基部上的碎片，混合物預期包括混凝土和一些額外的鋼和其他金屬（來自類似於壓力槽、下部堆芯板和壓力槽下方的控制棒驅動機構的物質）。

為了執行最佳計算，將有必要從堆芯碎片中取樣，可以對該樣品進行分析，以提供關於典型成分或可能預期的成分範圍的準確資訊。在缺乏此類資訊的情況下，已經基於表A中呈現的近似資訊、基於UO2與碳鋼以多種看似合理（plausible）的比率的假設混合執行初步計算。表 A

材料	kg
燃料束中的UO₂	200
每束的部件（包括通道）	90
控制棒的部分（每根100 kg並且每4束1根）	25
碎片混合物中的混雜的其他材料	50
每個初始燃料組件束的總量	365
總碎片材料中UO₂ 的百分比	55%

事故發生的時候，堆芯中的鈾的平均濃縮度（enrichment）假設為3.7%的U²³⁵ 。這是用於裝載到堆芯中的新組件的典型平均組件濃縮度。單獨的棒和球團將具有高達4.95%的U²³⁵ 的初始濃縮度。在實踐中，堆芯中的一些燃料將經歷顯著的燃耗，因此在評估反應性的方面中，平均3.7%的假設被認為是保守的假設。

已經在假設鈾和其他材料以不同比率的均勻混合物的極其保守的假設下執行初始臨界度計算。0.95的K_eff 值用作+2σ水平下的最大允許反應性。在55%的UO2含量的情況下，在這些保守條件下，當大約250升的碎片已裝載到罐中時，反應性達到峰值，剛好低於K_eff = 0.95的極限。隨著更多碎片的加入，排除水（減速劑（moderator）），然後反應性稍微降低。

然而，如果UO2在碎片混合物中的部分增加到60%，那麼當大約200升的碎片已裝載到罐中時，估計超過了0.95的極限。這將是不可接受的，即使反應性係數將隨著罐被填充得更多而降低。由於估計的55%的UO2的部分受到很大的不確定性，所以顯然，這種初步臨界度評估在關於用1F碎片填充罐的能力方面留下了相應的不確定性。

然而，實際上，回收並傳送用於裝載到罐中的碎片預期是以已經在高溫下熔融的相對大的材料片（pieces of material）的形式。換句話說，罐中的碎片/水混合物將是高度不均勻的。因此，已經在假設碎片和水的不均勻混合物的情況下執行計算，其中碎片的片具有各種物理形式。利用這些更現實的假設，已經計算出罐可以以從大約55:45到大約70:30的任何比率完全裝載有UO2和其他材料，並且K_eff 達到不超過大約0.5，遠低於0.95的極限值。

然而，人們認識到，具有高於所有碎片的平均值的濃縮鈾濃度的碎片可以回收並傳送用於裝載到單獨的罐中。在這個限度內，可以存在完全濃縮鈾材料的熱點。對於純濃縮鈾，在不違反反應性限制的情況下，可以裝載到罐中的最大量將很小。這將被所提議的中子監測設備發現，為操作者提供警報。

此時，將需要就如何繼續進行做出決定。一種選擇將是只裝載相對少量的高鈾含量碎片，這意味著罐容積將未得到充分利用。這在技術上將是可接受的，但是將產生經濟損失（購買、操縱、運輸和儲存更多的罐）。一種替代方案將是將這種材料裝載到改進設計的罐中，如下文所述為十字形設計。C. 實施方案

第1A圖是本揭露的罐10的第一實施方案（開放式設計）的透視圖，並且通常由參考數字10a表示。罐10a具有在頂端13和底端15之間延伸的長形圓柱形主體11。在底端15處有焊接到主體11的平坦底部部分。頂端13處的開口頂部被設計成接收圓形平坦蓋17，該圓形平坦蓋17可以焊接或螺栓連接到主體11。

在較佳實施方案中，封閉蓋是單件式蓋設計，其使用錐形螺栓固定到罐10a，錐形螺栓可以使用長手柄水下工具操作。使用抓斗工具接合和操縱封閉蓋17，抓斗工具也可以用於操縱罐10a。一旦封閉蓋17被完全安裝並且所有螺栓被適當扭轉，則封閉蓋17可以與抓斗工具接合，以便於操縱裝載的罐。

封閉蓋17藉由使用適用於設計構型的o形環被密封到上部頭部。罐10a適應來自容納的燃料碎片的廢氣的連續通過。因此，不需要傳統的防漏密封構型（leak tight sealing configuration）。然而，由於罐10a將在水下儲存的事實，需要防水構型。罐10a具有不大於大約49.5 cm或大約19.5英寸的直徑，以及不大於大約381.0 cm或大約150.0英寸的內部軸向長度，使得放射性碎片不能達到核臨界度（或不期望的核反應）。換句話說，燃料碎片被切成小片，並且這些片必須足夠小以裝到罐10a中，該罐10a確保這些片將不會達到不希望的核臨界度。此外，假設每個罐10a中的放射性碎片包含不大於大約100kg的二氧化鈾（UO2）燃料量，並且UO2燃料的初始濃縮度不大於大約3.7%。進一步假設罐10a分別以從55:45至70:30的任何體積比完全裝載有UO2燃料和一種或更多種其他非放射性材料（例如碳鋼）。進一步注意，在罐10的第一實施方案中不需要中子吸收器來避免不希望的核臨界度。

第1B圖是本揭露的罐10的第二實施方案（十字形或分區設計）的透視圖，並且通常由參考數字10b表示。罐10b具有在頂端13和底端15之間延伸的長形圓柱形主體11。在底端15處有焊接到主體11的平坦底部部分。頂端13處的開口頂部被設計成接收圓形平坦蓋17，該圓形平坦蓋17螺栓連接到主體11。與第1A圖的罐10a不同，罐10b還包括通量阱19，通量阱19具有數個輻條（spoke）20，輻條20具有從中央長形轂支撐件23向外延伸的內部通道21或腔穴。當罐10b在水中時，這些通道21填充有水，並且當罐10b從水中取出並允許排水時，這些通道21填充有空氣。通量阱19具有十字形橫截面，如第2圖中所示出的。矩形通道21的橫截面寬度或間隙較佳地不小於大約2.54 cm或大約1.0英寸。將間隙減小到大約0.75英寸產生大約0.938的最大Keff。1英寸的標稱間隙產生大約0.907的最大Keff。此外，輻條的內壁包括中子吸收器（第6圖）。間隙和中子吸收器的組合適應燃料碎片的滿裝載，即使假設所有鈾材料以鈾與水的最佳比例（即最大反應性配置）具有3.7%的U²³⁵ 。因此，在該實施方案中，罐10b可以容納放射性碎片，該放射性碎片具有以任何初始濃縮度和與一種或更多種其他材料的任何體積比的任何量的二氧化鈾（UO2）燃料。

本質上，通量阱19和中子吸收器減慢中子，使得中子太慢而不能在非熱化條件下有意義地影響裂變過程。當罐10b在水中時，通量阱19尤其重要。由於通量阱19，罐10b具有四個分區，每個分區可以接收燃料碎片，諸如堆芯熔化物，或者可替代地，在任何條件下多達四個核燃料棒組件（不同於第一實施方案，其不被設計成包含這樣的組件）。罐10b具有不大於大約49.5 cm或19.5英寸的直徑，以及不大於大約381.0 cm或大約150.0英寸的內部軸向長度，使得放射性碎片不能達到不希望的核臨界度。

第2圖是相應的具有其蓋17的第1圖的罐10的俯視圖。第3圖是具有其蓋17的第1B圖的罐10b的第二實施方案的橫截面視圖。罐10a的第一實施方案看起來相似，除了它不包括通量阱19。

第4圖是沿第3圖的截面線F-F截取的第1B圖的罐10b的第二實施方案的橫截面視圖。

第5圖和第6圖是沿第3圖的截面線G-G截取的第1A圖和第1B圖的罐10的第一和第二實施方案的橫截面視圖。第7圖是第5圖的細節H-H的橫截面視圖，示出了碎片篩網。如第1B圖所示，與罐10b相關聯的通量阱19可以可選地在其通道21的內壁上包括中子吸收器，中子吸收器由合適的保持器保持在合適的位置。

第8圖是第2圖的細節I-I的橫截面視圖，示出了碎片密封件。第9圖是第2圖的細節J-J的橫截面視圖，示出了用於罐抓斗的凹部。

第10圖中示出了與蓋17接合的上部封閉頭部18的細節。內殼和外殼在頂端13處由上部頭部環（upper head ring）密封。內殼和外殼之間的空間提供了安裝通風口連接件和排水口連接件的方法。通風口連接件是必要的，以處理廢氣並且將罐10連接到監控設備。通風口允許氫氣從罐10中逸出，同時防止放射性氣體，例如氪（Kr）、碘（I2）等逸出。逸出的氣體進入外包裝61（第17圖），並且然後經由過濾器92（第24圖）逸出外包裝61。該通風端口19a被配置成最小化輻射流，同時確保罐10的最上部被處理設備或監控設備接近。排水端口19b延伸到罐10的底部，以便於水的排出。上部封閉頭部18為厚螺栓封閉蓋17提供了安置表面（seating surface），在較佳實施方案中，為8.38 cm或3.3英寸。

第11圖中示出了下部封閉座部25的細節。罐內殼在其底板中包含12個篩網孔口（screened hole），以允許液體排出，但仍保留細小的碎片顆粒。要配合到這些孔口的篩網材料將保留尺寸上超過250微米的材料，該尺寸是用於這類應用的典型篩網尺寸。溢出的液體進入外包裝61（第17圖），並且然後從外包裝61排出。通過這些篩網的任何較小的顆粒物質將在外部設備中被捕獲和處理，當罐10處於池儲存時，外部設備將連接到罐10。

對罐10的內腔的接近由完全獨立於螺栓封閉蓋17的通風端口配件和排水端口配件控制。如第14圖中圖示的，每個端口配件是彈簧加載的提升閥式配件（poppet-style fitting）27，其已經用於水下應用，在水下應用中，特別設計的快速聯接器起著至關重要的作用。這種應用的示例有石油、汽油和其他深水項目，以及從最早的NASA項目開始在太空交通工具上運行的快速斷開裝置。

在完成罐10的排水和乾燥之後，並且就在安裝到外包裝61（第17圖）中之前，過濾帽組件將安裝在通風端口配件和排水端口配件兩者上。這種類型的過濾器組件確保任何顆粒材料（小於1微米）將保留在罐10內，同時允許任何氫氣或其他廢氣逸出罐10。

第13圖是筐30的透視圖，筐30以平行構型沿著第1圖的數個罐10的長度圍住和限制該數個罐10。在第13圖中，作為非限制性示例，筐30被示出為具有三個罐10a和兩個罐10b。筐30具有數個間隔開的平行圍欄板31，平行圍欄板31限制數個長形圓柱形罐10。除了沒有孔的底板33之外，圍欄板31中的每一個具有數個圓形孔，以通過該圓形孔接收相應的罐10。數個長形提升桿35圍繞筐30的周邊均勻分佈，並沿著數個長形圓柱形罐10延伸。提升桿35中的每一個具有頂端37和底端39。提升桿35中的每一個具有定位在頂端37處的眼鉤（eye hook）41。桿35附接到板31和33。

第15圖是可以用於移動罐10以及蓋17的四腿罐抓斗29的透視圖。罐抓斗29具有數個腿41，在該示例中總共為四個腿，並且該四個腿從圓形平坦主體42向下延伸。如所示出的，腿41中的每一個是C形的。罐抓斗29經由從主體42向上延伸的眼鉤組件44中的眼44連接到高架起重機系統。理想情況下，使用延伸梁將抓斗連接至高架起重機吊車（overhead crane hoist）（以便保持起重機吊鉤乾燥），但這取決於是否有足夠的高架高度用於當前安裝在討論中的反應器處的起重機裝置。高架起重機吊車吊鉤應該具有旋轉裝置，用於將起重機吊鉤旋轉到所需的極坐標位置。罐抓斗29下降，使得罐抓斗29的腿41分別進入罐10或罐封閉蓋17上的L形狹槽48和50中。一旦下降到合適位置，罐抓斗29將旋轉以將抓斗腿上的爪（dogs）與罐10或罐蓋17上的對應的開口接合。一旦罐10或罐蓋17已經被重新定位到期望的位置，則藉由首先將罐抓斗29沿另一旋轉方向旋轉並且然後將罐抓斗29提升並移開而使罐抓斗29從狹槽48或50脫離。

第16圖是可以用於提升第13圖的筐30的筐多腳架抓斗45的透視圖。筐多腳架抓斗45具有數個臂47，在該示例中總數目為五個，並且該數個臂47從中央主體53向外延伸。五個臂47中的每一個具有L形的、向外開口的鉤49，該鉤49被設計成接合相應的提升桿眼鉤41，使得筐30可以被提升和移動，例如，使得筐30可以被放置在外包裝61中或者從外包裝61移除（第9圖）。此外，多腳架抓斗45具有從中央主體53向上延伸的提升眼組件（lifting eye assembly）55。眼57可以由高架起重機（未示出）使用以移動多腳架抓斗45以及附接的筐30。

第17圖是不具有其蓋的外包裝61的透視圖，其中放置了第13圖的筐30。外包裝61具有在頂端65和底端67之間延伸的長形圓柱形主體63。在底端67處有焊接或螺栓連接到主體63的平坦底部部分。頂端65處的開口頂部被設計成接收圓形平坦蓋69，該圓形平坦蓋69的第一和第二實施方案在第18A圖和第18B圖中示出，並由相應的參考數字69a和69b表示。蓋69a和69b中的每一個具有數個孔口71以及數個螺紋孔口73，空氣或水穿過數個孔口71，數個螺紋孔口73提供了用於使高架起重機能夠利用例如提升吊耳（lug）來移動具有所容納的筐30和罐10的外包裝61的裝置。第18A圖的蓋69a被設計成焊接到主體63。作為替代方案，第18B圖的蓋69b被設計成經由螺栓孔口75螺栓連接到主體63。螺栓（未示出）穿過蓋69b中的相應的孔口75，並且然後進入相應的螺紋組件77中，如第17圖所示，螺紋組件77焊接或以其他方式附接到主體63的內部。在一些實施方案中，在蓋69a或69b放置在外包裝61上之前，可膨脹密封件可以圍繞蓋69a或69b的周邊定位。

第19圖是具有外包裝61的容器90的透視圖，外包裝61容納筐30，筐30容納罐10。容器90示出為具有焊接的蓋69a（第18A圖）。容器90還示出為具有過濾器92，當容器90處於儲存配置時使用該過濾器92。

第20圖是第19圖的容器90的俯視圖。第21圖是沿第20圖的截面線A-A截取的第19圖的容器90的橫截面透視圖。第22圖是沿第20圖的截面線A-A截取的第19圖的容器90的橫截面視圖。

第23圖是沿第22圖的截面線B-B截取的第19圖的容器90的橫截面視圖。在該示例中，筐30示出為具有三個罐10a和兩個罐10b。容器90示出為具有蓋板94，當容器90處於運輸配置時使用該蓋板94。

第24圖是示出了當容器90處於儲存配置時第21圖的細節C-C的局部放大視圖，其涉及具有排水管線96的過濾器92的使用。

第25圖是示出了當容器90處於運輸配置時第21圖的細節C-C的局部放大視圖，其涉及蓋板94的使用。

第26圖是示出了第21圖的細節D-D的局部放大視圖，其涉及與容器10的外包裝蓋69相關聯的可膨脹密封件98。

儘管不限於這種設計選擇，但是在較佳實施方案中，基於其長期耐腐蝕性和其合理成本，與罐10、筐30和外包裝61相關聯的所有部分由金屬製成，諸如不鏽鋼。穿孔柱形 插入件

第27圖是長形穿孔柱形插入件100的透視圖，當罐10a接收更細等級的材料（與更粗糙的材料相對）的形式的危險碎片時，該插入件可以放置在第1A圖的罐10a中的一個或數個內。第28圖是第27圖的插入件的頂部部分和底部部分的局部放大視圖。產生碎片柱的插入管結構與管穿孔和篩網相組合，暴露出更多的碎片表面積，從而能夠更容易地從碎片中去除液體，主要是水。罐10a的內部可以經受真空條件，從而導致液體（主要是水）從碎片中蒸發並有效地乾燥碎片。

當碎片是以更細小的形式（不太粗糙的形式）的堆芯熔化物型碎片時，穿孔柱形插入件100特別有用。利用這種類型的碎片，乾燥過程更具挑戰性。使用穿孔柱形插入件100還具有降低核臨界度的風險的優點，因為裂變內容物更有組織性。

更具體地說，就結構而言，穿孔柱形插入件100具有數個長形圓柱形管102，在本實施方案中為七個，這些長形圓柱形管沿著它們的長度在罐10a的內部是平行的。管102可以藉由任何合適的機構保持在一起。在較佳實施方案中，管102藉由圓形頂緣105和圓形平坦底板107保持在一起。在頂部處，管102配合到相應的向下延伸的圓形插口112中並且焊接在插口112中，圓形插口112具有略大於管102的直徑的直徑。在底部處，管102焊接到底板107。碎片可以經由頂緣105中的數個圓形開口114插入管102中。

管102中的每一個具有在頂端和底端之間延伸的側壁104，並且具有數個、較佳地許多個穿孔106。管102中的每一個用篩網109包裹，出於說明的目的，篩網109的一部分在第27圖中示出（篩網109在第28圖中未示出）。篩網109具有小於穿孔106的篩網網眼尺寸，並且在較佳實施方案中，篩網網眼尺寸為大約100微米至大約250微米。穿孔106和篩網可以採取任何合適的形狀和幾何形狀。在較佳實施方案中，篩網用包裹的支撐結構108保持在管102中的每一個上。在其他實施方案中，包裹的支撐結構108可以被去除。在這些其他實施方案中，篩網109結合或安裝到管102的內部或外部，或者製成為管102的整體式部分。穿孔106和篩網一起使得氣體能夠通過側壁流到插入件100的外部和罐10a的內部表面之間的區域，並且然後流出罐10a，以使液體能夠從放射性碎片中蒸發。它們還有效地容納了碎片，使得碎片不會進入該區域。在某種意義上，篩網109限定穿孔106的尺寸，以實現這種容納功能。D. 變化和修改

應當強調的是，本發明的上述實施方案，特別是任何“較佳的”實施方案，僅是實施方式的可能的非限制性示例，僅為了清楚理解本發明的原理而闡述。可以對本發明的上述實施方案作出許多變化和修改，而實質上不背離本發明的精神和原理。所有的這樣的修改和變化意圖在本文被包括在本揭露和本發明的範圍內。

10、10a、10b:罐 11:長形圓柱形主體 13:罐的頂端 15:罐的底端 17:圓形平坦蓋 18:上部封閉頭部 19:通量阱 19a:通風端口 19b:排水端口 20:輻條 21:內部通道 23:中央長形轂支撐件 25:下部封閉座部 27:提升閥式配件 29:罐抓斗 30:筐 31:圍欄板 33:底板 35:長形提升桿 37:提升桿的頂端 39:提升桿的底端 41:眼鉤 41:腿 42:圓形平坦主體 44:眼鉤組件 44、57:眼 45:筐多腳架抓斗 47:臂 48、50:L形狹槽 49:鉤 53:中央主體 55:提升眼組件 61:外包裝 63:長形圓柱形主體 65:外包裝的頂端 67:外包裝的底端 69、69a、69b:圓形平坦蓋 71、75:孔口 73:螺紋孔口 77:螺紋組件 90:容器 92:過濾器 94:蓋板 96:排水管線 98:可膨脹密封件 100:長形穿孔柱形插入件 102:長形圓柱形管 104:側壁 105:圓形頂緣 106:穿孔 107:圓形平坦底板 108:包裹的支撐結構 109:篩網 112:圓形插口 114:圓形開口 TEPCO:東京電力公司 RPV:反應器壓力槽 PCV:壓力圍阻槽、主圍阻槽 PTS:包裝、轉移和儲存 DFMA:雙過濾器監測組件 GCH:集氣總管 PVS:廠房通風系統 LEL:爆炸下限 AFR:遠離反應器 BWR:沸水反應器 NASA:美國國家航空暨太空總署

可以參考以下圖式更好地理解本揭露的許多方面。圖式中的部件不一定按比例繪製，而是將重點放在清楚地說明本揭露的原理上。此外，在圖式中，貫穿若干視圖，類似的參考數字指示對應的部分。第1A圖是罐的第一實施方案（開放式設計）的透視圖，示出為具有未安裝的蓋。第1B圖是罐的第二實施方案（十字形設計或分區（segmented）設計）的透視圖，示出為具有未安裝的蓋。第1C圖相應地是第1A圖或第18B圖的罐的第一或第二實施方案的透視圖，示出為具有安裝的蓋。第2圖是具有其蓋的第1A圖或第1B圖的罐的俯視圖。第3圖是具有其蓋的第1B圖的罐的第二實施方案的橫截面視圖。第4圖是沿第3圖的截面線F-F截取的第1B圖的罐的第二實施方案的橫截面視圖。第5圖是沿第3圖的截面線G-G截取的第1A圖的罐的第一實施方案的橫截面視圖。第6圖是沿第3圖的截面線G-G截取的第1B圖的罐的第二實施方案的橫截面視圖。第7圖是第5圖的細節H-H的橫截面視圖，示出了篩網。第8圖是第2圖的細節I-I的橫截面視圖，示出了碎片密封件。第9圖是第2圖的細節J-J的橫截面視圖，示出了用於罐抓斗（canister grapple）的凹部。第10圖是第1A圖和第1B圖的罐的上部頭部封閉件（upper head closure）的橫截面視圖。第11圖是第1A圖和第1B圖的罐的下部座部封閉件（lower head closure）的橫截面視圖。第12圖是沿著第1B圖的罐的第二實施方案的內部延伸的通量阱（flux trap）的橫截面視圖。第13圖是圍住（corral）和限制數個第1圖的罐的筐的透視圖。第14圖是剛好在安裝在外包裝中之前與罐相關聯的排水和通風端口的透視圖。第15圖是可以用於提升罐和罐封閉蓋的罐抓斗的透視圖。第16圖是可以用於提升第13圖的筐的筐多腳架抓斗（basket spider grapple）的透視圖。第17圖是不具有其蓋的外包裝的透視圖，該外包裝中放置了第13圖的筐。第18A圖是可以安裝在第17圖的外包裝上的蓋的第一實施方案。第18B圖是可以安裝在第17圖的外包裝上的蓋的第二實施方案。第19圖是具有外包裝的容器的透視圖，該外包裝容納筐，該筐容納罐。第20圖是第19圖的容器的俯視圖。第21圖是沿第20圖的截面線A-A截取的第19圖的容器的橫截面透視圖。第22圖是沿第20圖的截面線A-A截取的第19圖的容器的橫截面視圖。第23圖是沿第22圖的截面線B-B截取的第19圖的容器的橫截面視圖。第24圖是示出了當容器處於儲存配置時第21圖的細節C-C的局部放大視圖，其涉及過濾器的使用。第25圖是示出了當容器處於運輸配置時第21圖的細節C-C的局部放大視圖，其涉及蓋板的使用。第26圖是示出了第21圖的細節D-D的局部放大視圖，其涉及與容器的外包裝蓋相關聯的膨脹密封件。第27圖是插入件的透視圖，當罐接收細小的危險碎片時，該插入件可以放置在第1A圖的罐內以暴露碎片的更多表面積，從而能夠更容易地去除水。第28圖是第27圖的插入件的頂部部分和底部部分的局部放大視圖。

10a、10b:罐

11:長形圓柱形主體

13:罐的頂端

15:罐的底端

17:圓形平坦蓋

18:上部封閉頭部

50:L形狹槽

Claims

一種容器，其用於安全儲存放射性碎片使得該放射性碎片不能達到臨界度，該容器置於水中或空氣中，該容器包括：一外包裝，該外包裝具有在一頂端和一底端之間延伸的一長形圓柱形主體、在該底端處的平坦底部部分和在該頂端處的圓形平坦蓋；一筐，該筐位於該外包裝的內部；數個長形圓柱形罐，該數個長形圓柱形罐沿著它們的長度藉由該筐保持平行，該等罐中的每一個具有在一頂端和一底端之間延伸的長形圓柱形主體、位於該底端處的平坦底部部分和位於該頂端處的圓形平坦蓋；一長形穿孔柱形插入件，該插入件位於該等罐中的至少一個罐的內部，該插入件具有數個長形圓柱形管，該等管沿著它們的長度在該至少一個罐的內部是平行的，該等管中的每一個具有在一頂端和一底端之間延伸的一側壁並且具有數個穿孔；一篩網，該篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔；該放射性碎片的數個柱，該放射性碎片的該等柱位於該插入件的相應的管中並由該插入件的該等相應的管產生，該放射性碎片的該等柱包含一定量的二氧化鈾（UO2）燃料；以及其中該等穿孔和該篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分容納在該等管內。
如請求項1所述的容器，其中該罐具有不大於約49.5釐米（cm）的內徑和不大於約381.0 cm的內部軸向長度，並且其中該放射性碎片包含不大於約100千克（kg）的二氧化鈾（UO2）燃料的量，並且該二氧化鈾（UO2）燃料具有不大於約3.7%的該UO2燃料的初始濃縮度。
如請求項1所述的容器，其中該插入件和該罐完全用不鏽鋼製成。
如請求項1所述的容器，其中該筐還包括：數個間隔開的圍欄板，該等圍欄板限制該數個長形圓柱形罐，該等圍欄板中的每一個具有數個圓形孔，該等孔中的每一個具有穿過其的相應罐；以及數個長形提升桿，該等桿圍繞該筐的周邊均勻分佈並沿著該數個長形圓柱形罐延伸，該等桿中的每一個具有一頂端和一底端，該等桿附接到該等板。
如請求項1所述的容器，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應底端處包括相應的過濾排水口，以使液體能夠從該容器排出。
如請求項1所述的容器，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應頂端處包括相應的過濾通風口，以使空氣和氫氣能夠從該容器逸出，同時防止放射性氣體從該容器逸出。
一種罐，其容納放射性碎片，該罐包括：在一頂端和一底端之間延伸的長形圓柱形主體、位於該底端處的平坦底部部分以及位於該頂端處的圓形平坦蓋；一長形插入件，該插入件位於該罐的該主體的內部，該插入件具有在一頂端和一底端之間延伸的長形圓柱形主體，該插入件具有數個長形圓柱形管，該等管沿著它們的長度在該罐的內部是平行的，該等管中的每一個具有在一頂端和一底端之間延伸的一側壁，該側壁具有數個穿孔；一篩網，該篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔；該放射性碎片的數個柱，該放射性碎片的該等柱位於該插入件的相應的管中並由該插入件的該等相應的管產生，該放射性碎片的該等柱包含一定量的二氧化鈾（UO2）燃料；以及其中該等穿孔和該篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分容納在該等管內。
一種容器，包括：如請求項7所述的罐；一筐，該筐容納該罐以及具有放射性碎片的數個其它罐；以及一外包裝，該外包裝容納該筐。
如請求項8所述的容器，其中該筐還包括：數個間隔開的圍欄板，該等圍欄板限制該數個長形圓柱形罐，該等圍欄板中的每一個具有數個圓形孔，該等孔中的每一個具有穿過其的相應罐；以及數個長形提升桿，該等桿圍繞該筐的周邊均勻分佈並沿著該數個長形圓柱形罐延伸，該等桿中的每一個具有一頂端和一底端，該等桿附接到該等板。
如請求項9所述的容器，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應底端處包括相應的過濾排水口，以使液體能夠從該容器排出。
如請求項9所述的容器，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應頂端處包括相應的過濾通風口，具有或不具有集氫器，以使空氣和氫氣能夠從該容器逸出，同時防止放射性氣體從該容器逸出。
如請求項7所述的罐，其中該罐具有不大於約49.5釐米（cm）的內徑和不大於約381.0 cm的內部軸向長度，並且其中該放射性碎片包含不大於約100千克（kg）的二氧化鈾（UO2）燃料的量，並且該二氧化鈾（UO2）燃料具有不大於約3.7%的該UO2燃料的初始濃縮度。
如請求項7所述的罐，其中該插入件和該罐用不鏽鋼製成。
一種穿孔柱形插入件，其容納放射性碎片並設計用於插入一罐中，該插入件包括：一長形圓柱形主體，該長形圓柱形主體在一頂端和一底端之間延伸，該插入件具有數個長形圓柱形管，該等管沿著它們的長度在該罐的內部是平行的，該等管中的每一個具有在一頂端和一底端之間延伸的一側壁，該側壁具有數個穿孔；一篩網，該篩網與每個管的該側壁相關聯，以限定該等穿孔；該放射性碎片的數個柱，該放射性碎片的該等柱位於該插入件的相應的管中並由該插入件的該等相應的管產生，該放射性碎片的該等柱包含一定量的二氧化鈾（UO2）燃料；以及其中該等穿孔和該篩網相組合，使得氣體能夠流過該側壁，以使液體能夠從該放射性碎片蒸發，同時將該碎片的柱充分容納在該等管內。
一種罐，包括：在一頂端和一底端之間延伸的長形圓柱形主體、位於該底端處的平坦底部部分以及位於該頂端處的圓形平坦蓋；以及如請求項14所述的插入件，該插入件位於該罐的該主體內部。
一種筐，包括：數個間隔開的圍欄板，該等圍欄板限制數個長形圓柱形罐，該等圍欄板中的每一個具有數個圓形孔，該等孔中的每一個具有穿過其的相應罐；數個長形提升桿，該等桿圍繞該筐的周邊均勻分佈並沿著該數個長形圓柱形罐延伸，該等桿中的每一個具有一頂端和一底端，該等桿附接到該等板；以及其中該數個長形圓柱形罐包括如請求項15所述的罐。
一種外包裝，包括：在一頂端和一底端之間延伸的長形圓柱形主體、在該底端處的平坦底部部分以及在該頂端處的圓形平坦蓋；以及如請求項16所述的筐，其位於該外包裝的該主體內。
如請求項17所述的外包裝，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應底端處包括相應的過濾排水口，以使液體能夠從該容器排出。
如請求項17所述的外包裝，其中該等罐中的每一個和該外包裝在其相應頂端處包括相應的過濾通風口，以使空氣和氫氣能夠從該容器逸出，同時防止放射性氣體從該容器逸出。
如請求項17所述的外包裝，其中該罐具有不大於約49.5釐米（cm）的內徑和不大於約381.0 cm的內部軸向長度，並且其中該放射性碎片包含不大於約100千克（kg）的二氧化鈾（UO2）燃料的量，並且該二氧化鈾（UO2）燃料具有不大於約3.7%的該UO2燃料的初始濃縮度。