UA72551C2 - Пристрій для зберігання радіоактивних матеріалів - Google Patents

Abstract

Пристрій для зберігання радіоактивних матеріалів у вигляді кошика містить пучок труб, з'єднаних між собою монтажною структурою з утворенням правильної сітчастої структури із відділень. Між трубами розміщені металеві хрестовини для утворення другої практично суцільної стінки навколо першої стінки кожного відділення, утвореної трубами, і принаймні в частковому контакті з цією стінкою. Кошики можуть мати відділення довільного поперечного перерізу і, зокрема, квадратного, прямокутного, шестикутного або круглого. Винахід забезпечує можливість проведення контролю критичної маси, покращує відведення тепла і збільшує механічну міцність пристрою.

Description

Винахід стосується пристрою для зберігання радіоактивних матеріалів і, зокрема, пристрою для зберігання у вигляді кошика з множиною суміжних відділень, кожне з яких виконане з можливістю зберігання кондиціонованих радіоактивних матеріалів, наприклад, паливних елементів ядерних реакторів.

Кошик для зберігання за даним винаходом можна використовувати, зокрема, для транспортування або зберігання паливних тепловиділових елементів ядерних реакторів або інших ядерних матеріалів в умовах вологого або сухого навколишнього середовища. При транспортуванні і зберіганні кошик за даним винаходом можна розміщувати в контейнері для транспортування або зберігання, у басейні ядерного реактора або усередині будівлі. Його можна також поміщати у сховище у геологічних шарах.

Відповідно до даного винаходу можна виготовляти, зокрема, компактні кошики з правильним багатокутним, наприклад, шестикутним поперечним перерізом. Кошики такого типу можна використовувати для розміщення в них оптимально по об'єму паливних елементів з шестикутним поперечним перерізом, таких як елементи типу М/ЕН, що використовуються в деяких ядерних реакторах. Крім того, кошик за даним винаходом може складатися із відділень з простішим поперечним перерізом, наприклад, квадратним або прямокутним. У такому кошику можна розміщати, зокрема, паливні елементи, які часто застосовуються в легководних ядерних реакторах.

Як відомо, паливні елементи для ядерних реакторів та інші радіоактивні матеріали, які потрібно транспортувати або зберігати, спочатку розміщують у гніздах або відділеннях кошика (який зветься також стелажем або стелажем для зберігання), котрий у свою чергу розміщують у внутрішній порожнині транспортного контейнера або контейнера для зберігання, або ж у відповідному устаткуванні для зберігання.

Кошики такого типу повинні виконувати численні функції. Ці функції включають у себе, зокрема, забезпечення механічної міцності і герметичності об'єму для радіоактивних матеріалів, а також простоту у поводженні.

Крім того, залежно від типу радіоактивних матеріалів кошик повинен виконувати різноманітні функції щодо ядерної безпеки під час транспортування або зберігання. У ці функції входять, головним чином, потреба розсіювання тепла, створюваного матеріалами, розміщеними у кошику, і контроль за критичністю маси ядерних матеріалів, коли вони є розщеплюваними ядерними матеріалами, котрі можуть викликати ланцюгову реакцію.

Функція механічної міцності кошика повинна забезпечувати збереження цілісності геометричної форми і герметичності кошика під час виконання операцій завантажування-розвантажування і транспортування, тобто при поводженні з кошиком в умовах впливу прискорювань, що виникають при транспортуванні, а також у випадку випадкового зіткнення або падіння кошика. В цих умовах необхідно забезпечувати також збереження функції контролю критичної маси ядерного матеріалу.

Відомі на сьогоднішній день кошики звичайно містять прямолінійні відділення, котрі, як правило, обмежуються комбінованими багатошаровими перебірками, утвореними із послідовних шарів різних матеріалів у контакті між собою так, що кожний з них виконує принаймні одну із зазначених функцій.

Для відведення тепла можна використовувати шар матеріалу, який добре проводить тепло, такого, наприклад, як алюміній, мідь і сплави алюмінію і міді, разом із шаром конструкційного матеріалу для забезпечення механічної міцності кошика у випадку непередбаченого удару, і шар матеріалу, що містить нейтронопоглинальні елементи, такі як бор або кадмій. Зокрема, конструкційним матеріалом може бути неіржавіюча сталь або вуглецева сталь чи алюміній або ж один з його сплавів. Як матеріал, що містить нейтронопоглинальний елемент, звичайно, використовують неіржавіючу сталь, алюміній або його сплави, чи спечений матеріал, наприклад, на основі карбіду бору В4С. У випадку застосування неіржавіючої сталі або алюмінію нейтронопоглинальний елемент звичайно додають безпосередньо в цей матеріал, і це не знижує суттєво його механічної міцності. У цьому випадку достатньо використовувати один шар матеріалу для забезпечення механічної міцності і контролю критичності маси.

В одному з відомих типів кошиків комбіновані перебірки відділень утворюють шляхом розміщення плоских або профільованих елементів, що звуться «смугами», суміжно один з одним і забезпечення їх перетинання у повздовжньому напрямку відділень. У цьому випадку кожна смуга складається з кількох шарів матеріалів, зазначених вище. Іншим відомим способом створення рівномірного кошика, механічно міцного у повздовжньому напрямку, є виконання у смугах прорізів, які взаємодіють один з одним, так що смуги перетинаються перпендикулярно центральній осі відділень і жорстко з'єднуються одна з одною.

У відомому кошику іншого типу комбіновані перебірки зі смуг замінені перебірками з послідовних шарів різних матеріалів, які чередуються у повздовжньому напрямку відділень. Тобто виготовляють смуги однакових геометричних розмірів і форми із різних матеріалів і розміщують їх поперемінно з метою створення послідовності компонентів у повздовжньому напрямку, кожний з яких виконує принаймні одну із зазначених функцій. Кошик, виготовлений таким чином, описаний в ЕР-А-0 329 581.

У деяких галузях роботи з радіоактивними матеріалами і за деяких умов кошик можна виконувати із одного матеріалу. Наприклад, добрим провідником тепла є алюміній, і в нього можна легко добавляти нейтронопоглинальний елемент, такий як бор. Для надання алюмінієвим елементам достатньої механічної міцності їх виконують у вигляді достатньо товстих пластин або балок зі зміцненим Н- або О-подібним поперечним перерізом.

Проте, зменшення числа використовуваних матеріалів, яке дозволяє спростити конструкцію і знизити вартість кошика, може призвести до певної втрати його робочих характеристик. Так, у наведеному вище прикладі кошика, який складається повністю із пачки алюмінієвих елементів, важко зберегти механічну міцність і, особливо, при високих температурах, які можливі у кошику, в якому містяться радіоактивні матеріали. Таким чином, необхідно збільшувати товщину алюмінієвих компонентів або ж, як зазначалося вище, необхідно застосовувати особливо міцні перерізи і форми. В результаті цього кошик стає занадто важким або великим, що являє собою відомий недолік. Через це доводиться зменшувати число відділень і тим самим зменшувати ємність зберігання кошика.

Отже, якщо необхідно виготовити кошик з високими робочими характеристиками, наприклад, зумовленими відповідними властивостями радіоактивних матеріалів або жорсткими обмеженнями щодо маси чи розмірів, то звичайно виконують кошики з комбінованою структурою. Тобто звичайно за кращі вважаються кошики, утворені з декількох матеріалів, кожний з яких виконує відповідну функцію, і це незважаючи на складність і більш високу вартість таких конструкцій.

При виготовленні кошиків відомих конструкцій може виникати ціла низка труднощів, що не залежать від кількості використовуваних матеріалів. Смуги необхідно виготовляти з дуже високою точністю так, щоб вони точно співпадали у відповідній пачці. Ця умова є суттєвою для одержання відділень з постійним поперечним перерізом і з повністю гладкими стінками для усунення будь-якого ризику застрявання радіоактивних матеріалів при їх розміщенні і видобуванні. Крім того, коли в смугах виконують прорізи, необхідно виконувати дуже точну інструментальну обробку при збиранні з малим зазором для забезпечення потрібної жорсткості без зменшення вирівнювання смуг.

У тому випадку, коли відділення мають квадратний або прямокутний поперечний переріз, вищезгадані труднощі можна подолати, застосовуючи точну інструментальну обробку, хоч її вартість і є значною. Як показано на Ффіг.б в ЕР-А-0 329 581, коли кошик містить відділення такого типу, звичайно використовують смуги з одного куска, які проходять від одного до іншого боку прямої частини кошика без будь-якого переривання матеріалу між перебірками у суміжних відділеннях. Така конструкція поліпшує зчеплення і механічну міцність кошика.

Використання цього способу значно утруднюється, коли кошики мають багатокутні відділення з великою кількістю сторін (наприклад, шестикутні відділення). Наприклад, при створенні шестикутних відділень необхідно використовувати смуги, складені у формі ламаних ліній, котрі потім потрібно складати по повздовжніх напрямках, як показано на Фіг.5 в ЕР-А-0 329 581. У цьому випадку неможливо використовувати смуги з одного куска як такі, що проходять крізь прямі частини кошика, і тому необхідно в цій прямій частині розміщувати велику кількість елементів. Переривчастість елементів смуги, зумовлена такою конструкцією, призводить до зменшення поперечної жорсткості і, як наслідок, до погіршення загальної механічної міцності кошика. Іншим результатом використання великого числа елементів смуги і їхньої складаної форми є те, що значно збільшуються труднощі, пов'язані з виготовленням і збиранням. З урахуванням того факту, що всі ці елементи смуг необхідно відтворювати і штабелювати по усій висоті кошика, єдиним способом одержання відділень з постійним поперечним перерізом і гладкими стінками є застосування спеціальних технологій виготовлення для зменшення до мінімуму допусків на розміри і зазорів для збирання. Це призводить до дуже високої вартості виготовлення кошика.

Інший спосіб, відомий із ЕР-А-0 752 151, полягає у виготовленні кошика, утвореного із відділень з правильним багатокутним поперечним перерізом шляхом збирання пучка ідентичних прямих металевих труб, кожна з яких має зазначений поперечний переріз. Труби можуть виготовлятися суцільними, з одного куска матеріалу, потрібної форми і розмірів. При цьому досягається помірна вартість виготовлення за рахунок використання звичайної технології екструдування. Довжина труб вибирається такою, що дорівнює висоті кошика, що сприяє спрощенню процесу збирання і зниженню вартості. Компактність і зчеплення пучка труб забезпечуються за допомогою монтажних засобів або структур, що охоплюють пучок і розподіляються по всій його висоті.

Основним недоліком конструкції кошика, описаної в ЕР-А-0 752 151, є те, що вона обмежена трубами, виконаними з одного матеріалу. У такому випадку цей матеріал повинен бути здатним нести всі зазначені вище функції. Використання одного матеріалу має переваги з боку виготовлення і з боку зниження вартості, але може призводити до погіршення робочих характеристик кошика і, зокрема, його ємності через необхідність дотримання обмежень щодо ваги і розмірів.

Таким чином, жодний з відомих способів виготовлення кошиків для зберігання радіоактивних матеріалів не здатний забезпечити виконання усіх вимог простим і оптимальним шляхом без погіршення робочих характеристик кошика, зокрема, ємності зберігання, незалежно від форми відділень, наприклад, коли відділення мають форму різних багатокутників і, зокрема, шестикутників.

В основу даного винаходу покладене завдання створення кошика для зберігання радіоактивних матеріалів, таких як паливні елементи ядерних реакторів, які б виконували оптимальним чином усі потрібні функції для цього кошика - контроль критичності маси, відвід тепла і механічну міцність - незалежно від форми відділень при одночасному збереженні або поліпшенні показників ємності сховища порівняно з відомими кошиками.

Поставлене завдання вирішується тим, що пропонується пристрій для зберігання радіоактивних матеріалів у вигляді кошика, який згідно з винаходом містить множину призматичних металевих труб, складених у пучок, і монтажних засобів, що групують ці труби паралельно одна одній уздовж правильної сітки для утворення множини суміжних відділень, здатних містити радіоактивні матеріали, при цьому кожна з труб утворює першу практично суцільну стінку відповідного відділення, кошик також містить множину металевих хрестовин, кожна з яких має принаймні три фланці, з'єднані один з одним через загальну крайку причому хрестовини розміщені між трубами з утворенням другої практично суцільної стінки навколо першої стінки кожного відділення і введені принаймні у частковий контакт з нею.

Завдяки тому факту, що кожне з відділень обмежене першою стінкою, утвореною трубою, котра його охоплює, і другою стінкою, утвореною фланцями хрестовин, розташованими між трубами, більш не існує особливих труднощів виготовлення кошиків, що складаються з відділень довільного поперечного перерізу.

Крім того, комбінований характер стінок відділень забезпечує можливість простого виконання усіх зазначених вище функцій. Іншими словами, кошики за даним винаходом забезпечують використання найкращих властивостей різних матеріалів для оптимізації робочих характеристик і ємності зберігання кошика з одночасним забезпеченням широкого різновиду форм у протилежність кошикам, відомим з рівня техніки.

У кращому варіанті здійснення пристрою за даним винаходом хрестовини знаходяться у контакті одна з одною по зовнішнім крайкам їхніх фланців, протилежним вищезазначеній загальній крайці. Це є засобом забезпечення теплового контакту між фланцями хрестовин і безперервності другої стінки.

Залежно від варіанта здійснення зовнішні крайки фланців хрестовин можуть бути наділені плоскими поверхнями, практично паралельними площинам зазначених фланців, по котрим хрестовини уведені в контакт одна з одною, або взаємовідповідною формою типу шип-паз, за допомогою якої хрестовини уведені у з'єднання між собою.

Відповідно до першого варіанта здійснення пристрою за даним винаходом поперечний переріз труб є квадратним або прямокутним, а хрестовини містять чотири фланці, орієнтовані по двох взаємоортогональних напрямках.

Відповідно до другого варіанта здійснення пристрою за даним винаходом труби мають шестикутний поперечний переріз, а хрестовини мають три фланці, орієнтовані по трьох напрямках, що утворюють між собою кути 120".

Відповідно до третього варіанта здійснення пристрою за даним винаходом труби мають круглий поперечний переріз, а хрестовини мають чотири фланці, орієнтовані по двох взаємоортогональних напрямках.

У будь-якому варіанті здійснення запропонованого пристрою кожна хрестовина може бути виконана або у вигляді однієї деталі довжиною, що практично дорівнює довжині труб, або з декількох сегментів, розміщених кінцями один до одного, при їхній загальній довжині, що практично дорівнює довжині труб.

Для підвищення ефективності переносу тепла хрестовини у кращому варіанті містять принаймні один шар матеріалу, вибраного з групи матеріалів, у яку входять алюміній, мідь та їхні сплави.

Якщо радіоактивні матеріали є ядерним паливом, то принаймні один матеріал, з котрого вироблені труби або хрестовини, включає у себе нейтронопоглинальний компонент. Цим нейтронопоглинальним матеріалом може бути, зокрема, бор, гафній або кадмій. Кращим серед них є бор, збагачений принаймні на 8095 (мас.) на бор 10.

В одному з варіантів здійснення пристрою за даним винаходом фланці хрестовин мають принаймні два окремих шари матеріалів у контакті один з одним.

Для забезпечення виконання трубами у пристрої за даним винаходом однієї з їхніх головних функцій, а саме забезпечення механічної міцності кошика за будь-яких умов експлуатації, зазначені труби у кращому варіанті виготовляються з матеріалу, вибраного серед неіржавіючої сталі, вуглецевої сталі, алюмінію та його сплавів з добрими механічними властивостями, і титану.

Відповідно до першого варіанта здійснення монтажних засобів вони містять принаймні дві металеві охоплювальні структури, виконані з можливістю охоплення пучків труб на різних рівнях.

У цьому випадку охоплювальні структури бажано виконувати із матеріалу з коефіцієнтом теплового розширення, що є меншим або дорівнює коефіцієнту теплового розширення матеріалу, з якого виготовлені труби.

Відповідно до другого варіанта здійснення монтажних засобів вони містять принаймні дві пластини, розміщені на різних рівнях кошика, і з'єднувальні пристрої, що жорстко з'єднують зазначені пластини між собою, при цьому кожна з пластин перфорована сіткою отворів однакової форми, що відповідає поперечному перерізу труб, у які ці труби можуть бути уведені.

У цьому випадку бажано, щоб принаймні одна з пластин була розміщена на одному кінці кошика.

Крім того, з'єднувальні пристрої у кращому варіанті прикріплені до пластин за допомогою гвинтів.

У другому варіанті здійснення монтажних засобів кожний з'єднувальний пристрій має внутрішню поверхню, що доповнює зовнішню поверхню пучка труб, і правильну зовнішню поверхню, що утворює зовнішню поверхню кошика і забезпечує правильність її форми.

В усіх випадках кошик може також мати жорстке дно.

Даний винахід буде зрозуміліший для фахівця в даній галузі техніки з наведеного нижче опису різних варіантів здійснення пристрою за даним винаходом у якості необмежуючих прикладів з посиланнями на додані креслення, де:

Фіг.1 - ізометрична проекція кошика для зберігання радіоактивних матеріалів згідно з першим варіантом здійснення винаходу;

Фіг.2 - переріз у горизонтальній площині у збільшеному масштабі кошика, зображеного на фіг.1;

Фіг.ЗА і ЗВ - у перерізі, аналогічно зображеному на Фіг.2, два можливих варіанти виконання кінців фланців хрестовин у ще більшому масштабі;

Фіг.4 - ізометрична проекція другого варіанта здійснення пристрою за даним винаходом;

Фіг.5 - переріз у горизонтальній площині у збільшеному масштабі кошика, зображеного на Ффіг.4;

Фігб - у демонтованому стані в ізометричній проекції третій варіант здійснення пристрою за даним винаходом; і

Фіг.7 - переріз у горизонтальній площині у збільшеному масштабі кошика, зображеного на фіг.6.

На Фіг.1 показаний кошик для зберігання радіоактивних матеріалів відповідно до першого кращого варіанта здійснення даного винаходу. Цей кошик містить множину труб 10, множину хрестовин 12 (див. також

Фіг.2), розміщених між трубами (10), і монтажні засоби (14), що забезпечують з'єднання цих елементів у вузол і його компактність.

Як зазначалося вище, радіоактивні матеріали, які можуть транспортуватися у кошику можуть бути будь- якого типу і форми. Зокрема, вони можуть бути паливними елементами ядерних реакторів з квадратним або шестикутним поперечним перерізом.

Труби 10 являють собою прямі металеві труби і є ідентичними одна одній. Зокрема, всі вони мають однаковий поперечний переріз і однакову довжину, і виконані з однакового матеріалу. Монтажний засіб 14 утримує труби 10 у пучку паралельно одна одній у правильній сітці.

Пучок труб 10 виконаний у розрахунку на вертикальне розташування. У результаті утворюються численні суміжні відділення 16, кожне з яких може містити кондиціоновані радіоактивні матеріали, такі, наприклад, як паливні елементи ядерних реакторів, для цілей транспортування і/або зберігання.

Кожна з труб 10 утворює першу стінку відповідного відділення. Ця стінка охоплює відділення практично без будь-якого переривання по всій його висоті та периферії.

Хрестовини 12 є металевими частинами, утвореними з декількох плоских пластин-фланців 18, які звичайно не мають будь-яких отворів. Усі фланці 18 однієї хрестовини 12 з'єднані між собою загальною прямою крайкою і розподілені на однакових кутових відстанях навколо зазначеної крайки.

У варіанті виконання кошика, зображеному на Фіг.1, довжина хрестовин 12 приблизно дорівнює довжині труб 10.

В іншому варіанті виконання кошика (не зображений) кожна хрестовина 12 утворюється з декількох сегментів хрестовин, розміщених кінцями одна до одної. Загальна довжина цих сегментів приблизно дорівнює довжині труб 10.

Кожна з хрестовин 12 зв'язана з групою суміжних труб 10, кількість і розміщення яких залежить від поперечного перерізу труб і форми сітки, утвореної пучком труб. Загальна крайка хрестовини розташована у центрі групи труб 10 і проходить паралельно центральній осі труб. Кількість фланців 18 хрестовини 12 дорівнює кількості труб 10 в указаній групі. Таким чином, фланець 18 хрестовини 12 розміщений між кожною парою суміжних труб у групі труб 10.

Фланці 18 кожної хрестовини 12 встановлені між трубами 10 так, що зовнішня крайка кожного фланця 18, протилежна загальній кромці, є паралельною зазначеній кромці і знаходиться в контакті з зовнішньою крайкою фланця суміжної хрестовини 12, розміщеною між трубами 10 цієї ж пари. Таким чином, хрестовини 12 утворюють другу, практично безперервну стінку навколо кожного відділення 16.

Крім того, у створеному за допомогою монтажного засобу 14 вузлі кожний з фланців 13 хрестовин 12 знаходиться в контакті з кожною з труб 10, розміщеною на кожній стороні цього фланця, практично по всій висоті кошика. Друга стінка утворена хрестовинами 12 навколо кожного відділення 16, що знаходяться для цього принаймні у частковому контакті з першою стінкою, утвореною трубами 10.

У варіанті виконання кошика, детально зображеному на Ффіг.1 і 2, усі труби мають квадратний поперечний переріз. Правильна сітка, утворена пучком труб 10, у цьому випадку має квадратний крок і, таким чином, кожна група труб утворена із чотирьох суміжних труб 10. Згідно з викладеним вище кожна хрестовина 12 у цьому випадку має чотири фланці 18 уздовж двох взаємоортогональних напрямків. Таке розташування, як показано на Фіг.1 і 2, забезпечує повний поверхневий контакт між фланцями 18 хрестовин 12 і суміжними поверхнями труб 10.

Як зазначалося вище, можливими є різні варіанти розміщення для забезпечення надійного контакту між зовнішніми крайками фланців 18, протилежних загальним крайкам хрестовин 12.

Згідно з першим варіантом розміщення хрестовин 12 і фланців 18, показаним на Фіг.ЗА, зовнішні крайки фланців 18 мають плоскі поверхні 20, приблизно паралельні площинам фланців. А саме, плоскі поверхні 20 розташовані у середній площині фланців і орієнтовані протилежно одна одній, коли дві суміжні хрестовини 12 знаходяться у заданному положенні. Плоскі поверхні 20 знаходяться у взаємному контакті майже по всій своїй довжині. Таке розташування є засобом збільшення контактних поверхонь між фланцями 18 хрестовин 12, а отже полегшує перенесення потоку тепла від однієї хрестовини до іншої.

Згідно з другим варіантом розміщення хрестовин 12 і фланців 18, показаним на Ффіг.3В, зовнішні крайки фланців 13 хрестовин 12, протилежні центральній крайці мають взаємодоповнюючі форми на суміжних хрестовинах так, що вони можуть уводитися одна в одну. Такими взаємодоповнюючими формами можуть бути, наприклад, форма шипа 22 і форма паза 24. Це розташування забезпечує ті ж переваги, що зазначені вище. Крім того, в цьому випадку має місце гніздовий ефект, який додатково збільшує контакт і поширення потоку тепла.

У кошику за даним винаходом головною функцією труб 10, що утворюють перші стінки відділень, є забезпечення кошика механічною міцністю як у нормальних умовах, так і в аварійних умовах (наприклад, коли кошик (упускають). Завдяки цій функції геометрична форма кошика зберігається за всіх умов, що допомагає утримувати контроль критичності ядерного матеріалу.

Для забезпечення ефективного виконання цієї функції труби 10 краще виконувати з міцного і стійкого матеріалу, який бажано вибирати із групи, що складається із неіржавіючої сталі, вуглецевої сталі, алюмінію й алюмінієвих сплавів з добрими механічними властивостями і титану. Цей перелік матеріалів у жодному разі не має обмежувальної дії.

Труби 10 можуть виготовлятися у будь-який спосіб, наприклад, згортання або згинання листа у потрібну форму і наступного з'єднування його у повздовжньому напрямку шляхом зварювання. Якщо ці труби виконуються з алюмінію, то краще застосовувати спосіб екструдування, що дозволяє виготовляти безшовні труби будь-якої форми і розмірів.

У кошику за даним винаходом функція відводу тепла, що утворюється радіоактивним матеріалом, забезпечується, головним чином, хрестовинами 12. Ця функція є особливо важливою, коли радіоактивні матеріали опромінені в ядерних реакторах розщеплюваними радіоактивними матеріалами, оскільки ці елементи випромінюють велику теплову енергію.

У конструкції кошика за даним винаходом тепловий потік, створюваний радіоактивними матеріалами, передається спочатку в метал хрестовин 12 через метал труб 10, що утворюють перші стінки. Ця теплопередача полегшується завдяки тому, що фланці 18 хрестовин 12, котрі утворюють другі стінки відділень, утримуються в положенні безпосередньо суміжному стінкам труб 10, котрі утворюють перші стінки відділень, з метою поліпшення переносу тепла. Ефективність переносу тепла підвищується завдяки відповідному добору матеріалу, що використовується у виготовленні хрестовин. Цей матеріал добирають із металів, що добре проводять тепло, і, зокрема, міді та її сплавів або алюмінію та його сплавів.

Далі тепловий потік проходить у напрямку із середини кошика назовні у матеріал хрестовин 12, котрі знаходяться в контакті між собою через їхні зовнішні крайки. Зокрема, через контакт між зовнішніми крайками фланців хрестовин практично без переривань тепловий потік переноситься у зовнішньому напрямку кошика без подолання великих теплових опорів, які б викликали надмірне підвищення внутрішньої температури кошика.

Після цього тепловий потік розсіюється в атмосферу або в конструкцію контейнера для транспортування чи зберігання, в якому розміщений кошик.

Коли кошик заповнений розщеплюваними радіоактивними матеріалами, які можуть викликати ланцюгову реакцію, його компоненти повинні виконувати також свою третю важливу функцію - контроль критичності ядерної маси.

Такий контроль забезпечується передусім механічною міцністю кошика, яка визначається механічною міцністю труб 10, що утворюють, як зазначалося вище, першу стінку відділень.

Ядерна критичність контролюється також шляхом добавлення у структуру кошика поглиначів нейтронів, таких як бор або кадмій. Ці поглиначі можуть бути включені у дисперсній формі в метал труб 10 або в метал хрестовин 12 чи одночасно в метали обох цих компонентів. Як альтернативне рішення поглинач може додаватися також у формі шару матеріалу, наприклад, спеченого матеріалу на основі карбіду бору на фланці 18 хрестовин 12.

Коли поглиначем нейтронів є бор, його бажано збагачувати на бор 10, котрий є ізотопом бора, що ефективно поглинає нейтрони. Таке збагачення приводить до незначних змін механічної і металургійної міцності використовуваних матеріалів при одночасному зниженні загального вмісту бору.

В одному з прикладів здійснення пристрою за даним винаходом фланці хрестовин 12 являють собою комбіновані перебірки, що забезпечують контакт металу, котрий є добрим провідником тепла, наприклад, міді або мідного сплаву з матеріалом з високим вмістом бору, таким як спечений матеріал на основі карбіду бору

Вас.

Як ілюструє цей приклад здійснення один і той самий компонент кошика може виконувати одночасно декілька із зазначених вище функцій з метою оптимізації робочих характеристик.

У варіанті виконання пристрою за даним винаходом, ілюстрованому на Фіг.17, монтажний засіб 14 виконаний у вигляді охоплювальних структур, що охоплюють пучок труб 10 і хрестовини 12 на різних рівнях. У цій конструкції потребується принаймні дві охоплювальні структури 14. У варіанті, зображеному на фіг.1, їхня кількість дорівнює трьом. Кожна охоплювальна структура містить охоплювальну смугу 26, що охоплює пучок труб, і систему натягання (не показана). Охоплювальні смуги 26 бажано виконувати з металу, відмінного від металу, що використовується в трубах 10. Цей метал добирають у розрахунку на забезпечення коефіцієнта розширення, який с меншим або дорівнює коефіцієнту розширення металу труб, таким чином, щоб зчеплення і контакт між трубами і хрестовинами залишався незмінним або поліпшився при збільшенні температури. Таким чином, ефективність переносу тепла зберігається.

Сила натягання охоплювальних структур первісно регулюється і встановлюється відповідно до необхідних величин за допомогою систем натягання (не зображені).

Як показано також на фіг.1, кошик за даним винаходом, окрім вищезазначених компонентів може містити жорстку нижню плиту або нижню, зазвичай, металеву пластину 28. Труби 10 і хрестовини 12, з'єднані за допомогою монтажних засобів 14, спираються на нижню пластину 28. Ця пластина є особливо корисною для утримання радіоактивних матеріалів, наприклад, коли кошик переміщують без контейнера.

Кошик за даним винаходом може бути також обладнаний у верхню пластину (не зображена). При цьому верхня пластина може бути обладнана у пристрої для переміщування кошика.

В одному з варіантів здійснення винаходу (не показаний) труби 10 з квадратним поперечним перерізом замінені на труби з прямокутним поперечним перерізом. У цьому випадку хрестовини 12 містять два менших, розміщених в одній площині фланці, ширина яких дорівнює половині довжини малої сторони прямокутника, а два більших фланці, ортогональних двом меншим фланцям, мають ширину, що дорівнює половині довжини великої сторони прямокутника.

В іншому варіанті виконання пристрою за даним винаходом (не показаний) труби 10 мають круглий поперечний переріз. У цьому випадку фланці хрестовин 12 встановлені по дотичних до труб, розміщених на їхніх кінцях. Місце з'єднання по дотичних є місцем, у котрому тепловий потік передається з труб на хрестовини.

Другий варіант здійснення пристрою за даним винаходом, показаний на Фіг.4 і 5, суттєво відрізняється від описаного вище першого варіанта формою труб 10.

А саме, замість квадратного поперечного перерізу труби 10 у цьому випадку мають шестикутний поперечний переріз. Тут пучок труб 10 утворює трикутну сітку. Застосування викладених вище принципів здійснення винаходу означає, що кожна хрестовина 12 має три фланці 18, розміщені під кутом 120" один до одного. Всі інші характеристики, і властивості, зазначені для першого варіанта здійснення винаходу і його модифікацій, застосовні також у цьому випадку.

На Ффіг.6 і 7 показаний третій варіант здійснення пристрою за даним винаходом.

У третьому варіанті, як і в другому варіанті здійснення, ілюстрованому на Ффіг.4 і 5, труби 10 мають шестикутний поперечний переріз. Проте, замість охоплюваних, структур у даному випадку монтажні засоби 14 містять перфоровані металеві пластини 30, жорстко з'єднані між собою з'єднувальними пристроями 32а, 320 для утворення жорсткої конструкції, що утримує на місці труби 10 і хрестовини 12.

Пристрій згідно з третім варіантом здійснення винаходу має принаймні дві пластини 30, і вони рівномірно розподілені по висоті кошика перпендикулярно осьовій лінії труб 10. Пластини 30 виконані тонкими (їхня товщина складає від декількох міліметрів до декількох сантиметрів) і містять сітку отворів 34, форма і розміри яких відповідають формі і розмірам труб 10. Таким чином, у даному випадку, де труби 10 є шестикутними, отвори 34 також є шестикутними, а їхні розміри трохи перевищують розміри труб. Завдяки цьому кожна труба входить у кожний з отворів 34 у кожній пластині 30 з невеликим зазором. Оскільки пластини З0 з'єднані між собою за допомогою з'єднувальних пристроїв 32а і 320, труби утримуються на місці між опорами, що утворюють стінки пластин.

Зокрема, як показано на Ффіг.7, товщина стінок 36, утворених між суміжними отворами 34 в одній і тій самій пластині 30, зроблена трохи більшою, ніж товщина фланців 18 хрестовин 12. У такій конструкції залишається достатній простір між трубами 10 для введення хрестовин 12 при одночасному зменшенні монтажного зазора до достатньо малої величини для того, щоб фланці хрестовин і стінки труб розташовувалися дуже близько одні до одних.

У цьому випадку кожна хрестовина 12 утворена з декількох сегментів хрестовин 38, і кожний сегмент має довжину, що приблизно дорівнює відстані між послідовними пластинами 30 або відстані, що відділяє кожний кінець кошика від найближчої пластини. Таке розміщення означає, що навколо кожного відділення може бути розташована друга, практично суцільна стінка.

Як показано на Фіг.б, пластини ЗО включають до свого числа верхню і нижню пластини відповідно на верхньому і нижньому кінцях кошика. При цьому верхня пластина обладнана у пристрої, наприклад, болти з провушинами для переміщення кошика. Перфорована нижня пластина може також бути замінена або продубльована суцільною пластиною, як зазначалося вище при розгляді Фіг.1.

Як показано, зокрема, на Ффіг.б, з'єднувальні пристрої З2а і 3265 розміщені ззовні пучка труб 10 і проходять паралельно цим трубам по всій висоті кошика.

У пластин З0, окрім верхньої і нижньої пластини, з'єднувальні пристрої З32а і 3265 мають прорізи 4ба і 4065 відповідно. Прорізи 40ба і 406 входять в частину із взаємовідповідною формою, вирізану у периферійній крайці відповідних пластин 30. За допомогою одного чи декількох закріплювальних засобів, таких як гвинти 42, що проходять через з'єднувальні пристрої З2а і 320, ці пристрої закріплюються на кожній з пластин 30.

Якщо у пристрої за даним винаходом передбачені верхня і нижня пластини, то вони скріплюються з кінцями з'єднувальних пристроїв 32а і 3265 закріплювальними засобами, такими як гвинти 44.

Описане вище розміщення перетворює раму, утворену з пластин З0 і з'єднувальних пристроїв З2а і 326, на жорстку конструкцію.

У варіанті пристрою за даним винаходом, зображеному на фіг.6, з'єднувальні пристрої З32а і 3265 є різними і залежать від місця їхнього розташування на периферії кошика. Це викликано тим, що вузол із труб 10 з шестикутним поперечним перерізом утворює усередині обвідної з круглим поперечним перерізом, по-перше, заглиблені частини з напівшестикутним поперечним перерізом і, по-друге, заглиблені частини з пилкоподібним поперечним перерізом навперемінно по периферії кошика.

З'єднувальний пристрій 32а має внутрішню поверхню, що відповідає першим заглибленим частинам, а з'єднувальний пристрій 326 має внутрішню поверхню, що відповідає другим заглибленим частинам. Зовнішні поверхні з'єднувальних пристроїв З2а і 3265 утворюють сектори циліндра, які мають однаковий радіус кривизни, котрий співпадає з радіусом кривизни зовнішньої циліндричної обвідної кошика. Таким чином, після встановлення всіх з'єднувальних пристроїв 32а і 3265 навколо пучка труб 10 їхні зовнішні поверхні утворюють зовнішню циліндричну обвідну кошика.

Остання з описаних конструкцій пристрою за даним винаходом є засобом збереження рівномірного зазору між кошиком і контейнером, коли кошик поміщений усередину контейнера. Ця особливість поліпшує перенесення теплового потоку між зовнішньою поверхнею кошика і конструкцією контейнера.

Цілком очевидно, що циліндрична форма зовнішнього контура кошика наведена тут лише як приклад. У рамках даного винаходу цілюоюом можливими є також прямокутний, квадратний або поперечний перерізи при використанні відповідної форми з'єднувальних засобів.

Матеріалами, прийнятними для застосування в пластинах 30 і з'єднувальних пристроях 32а і 326, є, переважно, метали високої механічної міцності, тобто такі метали, які вибирають серед неіржавіючих сталей, вуглецевих сталей і сплавів алюмінію з високими механічними властивостями.

Фахівцю у даній галузі техніки цілком зрозуміло, що кошик у вищеописаному третьому варіанті здійснення винаходу має також характеристики і властивості, аналогічні характеристикам і властивостям інших варіантів здійснення і їхних модифікацій.

Варіанти здійснення пристрою за даним винаходом і їхні модифікації, описані вище, ясно демонструють багато переваг, що дає винахід. Очевидно, що винахід має однакові підходи до виготовлення кошиків як з шестикутними відділеннями, так і з відділеннями більш стандартних форм, таких як квадратна або прямокутна.

Окрім того, того компактна збірка труб і хрестовин, що забезпечується за допомогою зазначених різноманітних монтажних засобів, полегшує перенесення тепла. Використання закріплювальних засобів, таких як гвинти або зварювання, є мінімальним. Завдяки цьому вартість виготовлення є оптимальною.

ла

Шо юн ооо ово

Що х я че р а р Я 16 ее Ще дише ля ля в А. пот їж шшншчннН ни пи шшш ши щи шин чаш ше! в

Ще ца и й я

ШЕ ення ниж ШО шшш її ша н.с пшшш Ес

М | | | 1 ча еще нш н я шен І й

Пе . шин ше

ЦІ ех ї КИНЕ о ОКО ЕЕ Дня

Ше г. і її ООН о М ДЯВЕ, у дет ТМ щі

Яр В ри яння сон плн сс 7 шк шк ЩО г І "і І шен: НЕ у в | І К 7 у Що ій ЩІ 1 знеиенєттту Нканні й у і

Щ щи що

І Ї ї ша І НН г

Ша І митний мн ни 18 Бе й -- го

РК я 7, Н

Н Ко м і у ' , ч 2 пн, Фг.ЗА ше 25 сш но чшН 2

Гоечинн: о: За: ЗНИКНЕ с у !

І; тв га 3. | Фет. ЗВ чо

А 2

Пре т

Гута Вт р на й два дах сор СОСтгУ в Де НИ Й ве КН. ага и ди в ле ас в, йди

Години СУ и Й са ІЙ: а и сн ДЕ ра шле о у вки

Ії се и в А іт Я | й | С

ЦІ р! но НИ с жи с: ЗЕ ї

НН хі Я Я хх З ВОНИ Ь наши ши ших

ЗА НН НИ ЕВ

І І я ОК щі АВ

ПЕ, ці миши. о и и хи

І ; | Ше вах І Н і 5. ї 5 І 2 ї геї Ха Я м денне нин нин не

Кк к а " Б

К пе пачки т, х о ча КА паса пон ШИ: ШИЯ

М У ці Г ! ше щ й ї в: й ке їй ра й і М ні й ще ж 45 й ен ТК А ре й па 12 Я77о 7 ж о и . В ; зо і ! Ї | | у І ! г ! 148. - іх

Кк Де ї з й 12 Мов

І

! Й . ФІГ. 5

Ат зє

З Не нс в КИЙ не я нон до сани а р в

Ве вм над.

Іо

Кеди в ее ие ЖИ при ес в в

Мис в а Й ПУЕ ож ЖИ ' 1 і і і і , ! ! сс !

Пи в ен іон пе ен рок вив а Най ов ек ко - ев же асани ЗК

Му жов и 7 бок и Я ПЕК уи і жЖнене де у в ЕН Не Нана ши ни пШкЙ сени шин кІшШ

Сер ШИ ИН І. ВЕ НиННН У ше ЩЕ

Шк ПАНИ ННАК ВН Уч НИ ШЕ і Б яв вет пкн

К Пр ен вв ЩО і ние ані НВ ВЕ ВІН ЕНН ЗУ у КЕ, Її Ши я Х ; в ВИ ши ша те Те НЯ АННИ и ши ее т БОБЕР ЕКОБНЕК НИ. і

Ки й ї р КН Ц . і дії рокі ВК

МАШІ се ШЕ

Го НІЖ Кон ЗОНИ БИ ,

Весна 1 я й ТА пет Н ЇЇ пі ! т ва їй КВ ПТ

АБО Тр оо ЩІ яти НИ п НН ТУ ло ге ОН МИ рф: Б; НЯ | ретей сна НАШІ Б ЯНЕ

ОО нн

Ше ї вон сек Вр ІЛ ! ! Я ЕВ НН тя

НН ей і га І; ск - г дв 3 ро ш ша тк важ - ВИ ї й т -36 4 нава на Й р

З ; о а "З

М шт яю і ! ФІГ. 7 те. І;

Claims (22)

1. Пристрій для зберігання радіоактивних матеріалів у вигляді кошика, що містить множину призматичних металевих труб (10), розміщених у вигляді пучка, і монтажні засоби (14), що групують труби паралельно одна одній у правильній сітці з утворенням множини суміжних відділень (16), пристосованих для розміщення зазначених радіоактивних матеріалів, при цьому кожна з труб (10) утворює практично суцільну стінку відповідного відділення (16), який відрізняється тим, що кошик містить також множину металевих хрестовин (12), кожна з яких має принаймні три фланці (18), з'єднані один з одним через загальну крайку, причому хрестовини (12) розміщені між трубами (10) з утворенням другої практично суцільної стінки навколо першої стінки кожного відділення (16) принаймні у частковому контакті з нею.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що хрестовини (12) знаходяться в контакті одна з одною через зовнішні крайки їхніх фланців (18), протилежних зазначеним загальним крайкам.

З. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що зовнішні крайки фланців (18) хрестовин (12) мають плоскі поверхні (20), практично паралельні площинам фланців (18), а хрестовини (12) при цьому знаходяться в контакті одна з одною через плоскі поверхні (20).

4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що зовнішні крайки фланців (18), що знаходяться в контакті одна з одною і належать до хрестовин (12), мають взаємовідповідну форму типу шип (22) - паз (24) з можливістю уведення їх один в одний.

5. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що труби (10) мають квадратний або прямокутний поперечний переріз, а хрестовини (12) мають чотири фланці (18) по двох взаємно ортогональних напрямках.

б. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що труби (10) мають шестикутний поперечний переріз, а хрестовини (12) мають три фланці (18) по трьох напрямках з кутом 120" між ними.

7. Пристрій за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що труби (10) мають круглий поперечний переріз, а хрестовини (12) мають чотири фланці (18) по двох взаємно ортогональних напрямках.

8. Пристрій за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що довжина хрестовин (12) практично дорівнює довжині труб (10).

9. Пристрій за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що кожна хрестовина (12) утворена із сегментів (38) хрестовин, розміщених кінцем до кінця так, що загальна довжина зазначених сегментів (38) практично дорівнює довжині труби (10).

10. Пристрій за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що фланці (18) хрестовин (12) мають принаймні два шари з різних матеріалів, що знаходяться в контакті один з одним.

11. Пристрій за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що хрестовини (12) мають принаймні один шар матеріалу, вибраного із групи, яка включає у себе алюміній, мідь та їхні сплави.

12. Пристрій за будь-яким з пп. 1-11, який відрізняється тим, що принаймні одна із множини труб (10) і множини хрестовин (12) має матеріал, який включає у себе нейтронопоглинальний компонент.

13. Пристрій за п. 12, який відрізняється тим, що нейтронопоглинальний компонент вибраний із групи, в яку входять бор, гафній і кадмій.

14. Пристрій за п. 12, який відрізняється тим, що нейтронопоглинальним компонентом є бор, збагачений на бор принаймні на 8095 (мас.).

15. Пристрій за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що труби (10) і монтажні засоби (14) виконані з матеріалів, вибраних із групи, яка включає у себе нержавіючі сталі, вуглецеві сталі, алюміній і його сплави і титан.

16. Пристрій за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що монтажні засоби (14) містять принаймні дві металеві охоплювальні структури (26), котрі охоплюють пучки труб (10) на різних рівнях.

17. Пристрій за п. 16, який відрізняється тим, що охоплювальні структури (26) виконані із матеріалу з коефіцієнтом теплового розширення, що є меншим або дорівнює коефіцієнту теплового розширення матеріалу, з якого виконані труби (10).

18. Пристрій за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що монтажні засоби (14) містять принаймні дві розміщені на різних рівнях кошика пластини (30) і з'єднувальні пристрої (32а, 320), що скріплюють зазначені пластини (30) одна з одною, причому у кожній пластині виконано множину отворів (34), що утворюють сітчасту структуру, яка має однакову форму, що відповідає поперечному перерізу труб (10), з можливістю уведення труб (10) в отвори (34).

19. Пристрій за п. 18, який відрізняється тим, що принаймні одна з пластин (30) знаходиться на кінці кошика.

20. Пристрій за будь-яким з пп. 18-19, який відрізняється тим, що з'єднувальні пристрої (32а, 325) прикріплені до пластин (30) за допомогою гвинтів (42, 44).

21. Пристрій за будь-яким з пп. 18-20, який відрізняється тим, що кожний із з'єднувальних пристроїв (32а, 325) має внутрішню поверхню, яка відповідає зовнішній обвідній поверхні пучка труб (10) і відповідних хрестовин (12), і зовнішню поверхню правильної форми, що утворює зовнішню поверхню кошика і надає їй правильну форму.

22. Пристрій за будь-яким з пп. 1-21, який відрізняється тим, що зазначений кошик має жорстке дно (28).