RU122200U1 - CONTAINER FOR TRANSPORTATION, STORAGE AND DISPOSAL OF RADIOACTIVE MATERIALS - Google Patents

Abstract

Контейнер для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов, включающий металлический корпус, преимущественно из чугуна с шаровидным графитом, наружную оболочку и нейтронную защиту в виде труб с нейтронно-защитным материалом, расположенных между корпусом контейнера и наружной оболочкой, отличающийся тем, что кольцевое пространство между наружной поверхностью корпуса и оболочкой, ограниченное с торцов трубными досками-кольцами, заполнено плоскими кольцами, выполненными из высокотеплопроводного материала, состоящими, по крайней мере, из двух частей с зазором между ними и имеющими отверстия для прохода труб с нейтронно-защитным материалом, при этом трубы жестко соединены с кольцевыми трубными досками и снабжены концевыми пробками. A container for transportation, storage and disposal of radioactive materials, including a metal body, mainly made of nodular cast iron, an outer shell and neutron protection in the form of tubes with a neutron-protective material located between the container body and the outer shell, characterized in that the annular space between the outer surface of the body and the shell, bounded from the ends by tube plates-rings, is filled with flat rings made of highly heat-conducting material, consisting of at least two parts with a gap between them and having holes for the passage of pipes with a neutron-protective material, while the pipes are rigidly connected to annular tube sheets and are equipped with end plugs.

Description

Полезная модель относится к ядерной энергетике, к устройствам (контейнерам) для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов в виде отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов различных типов и радиоактивных отходов (РАО), обладающих нейтронным излучением, с корпусами контейнеров из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ковкий чугун), из стали или составными (например, сталь-свинец).The utility model relates to nuclear energy, to devices (containers) for transporting, storing and disposing of radioactive materials in the form of spent fuel assemblies (SFA) of various types of nuclear reactors and radioactive waste (RW) with neutron radiation, with containers made of ductile iron with nodular graphite (ductile iron), made of steel or composite (e.g. lead steel).

В соответствии с нормами ядерной и радиационной безопасности и рекомендациями МАГАТЭ контейнеры для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов, включая отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), должны обладать высокими радиационно-защитными свойствами, исключать возможность возникновения самопроизвольной цепной реакции деления ядер, обеспечивая эффективный отвод тепла и предотвращая перегрев тепловыделяющих элементов отработавших сборок.In accordance with the standards of nuclear and radiation safety and IAEA recommendations, containers for transporting, storing and disposing of radioactive materials, including spent nuclear fuel (SNF), must have high radiation-protective properties, exclude the possibility of spontaneous chain reaction of nuclear fission, providing effective heat removal and preventing overheating of the fuel elements of the spent assemblies.

Контейнер для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива (RU 1630558, МПК G21F 5/00, опубл. 15.04.1994 г.) содержит корпус, имеющий форму цилиндра, закрепленные на корпусе демпфирующие ребра, имеющие форму плоских колец с выступами, образующими Т-образный профиль, и радиационную защиту. Радиационно-защитный материал находится в продольных сквозных отверстиях полых цилиндров, размещенных между демпфирующими ребрами. Полые цилиндры, первоначально установленные на корпус контейнера с натягом, выполнены из металла с коэффициентом теплового расширения большим, чем у материала корпуса. Конструкция демпфирующих ребер с выступами такова, что при разогреве контейнера в очаге пожара, полые цилиндры отходят от корпуса, создавая воздушный зазор, большое термическое сопротивление которого препятствует разогреву корпуса. Недостатком известного контейнера является прострел нейтронов через демпфирующие ребра и наличие щелей между ребрами и торцами полых оребренных цилиндров с отверстиями, заполненными нейтронно-защитным материалом, что приводит к затеканию в щели радиоактивной воды в процессе загрузки контейнера сборками, осуществляемой в отсеках бассейнов выдержки отработавшего топлива блоков АЭС, и кислотно-щелочных растворов, используемых для отмывки наружных поверхностей контейнера от радиоактивных частиц. Удалить из щелей радиоактивную воду или отмывочные растворы, вызывающие коррозию металлов, с помощью чистой воды, используемой для окончательной промывки наружных поверхностей контейнера, практически невозможно.The container for transporting and storing spent nuclear fuel (RU 1630558, IPC G21F 5/00, publ. 04/15/1994) contains a cylinder-shaped housing, damping ribs fixed on the housing, having the shape of flat rings with protrusions forming a T-shaped profile, and radiation protection. The radiation-protective material is located in the longitudinal through holes of the hollow cylinders located between the damping ribs. Hollow cylinders, originally mounted on the container body with interference, are made of metal with a coefficient of thermal expansion greater than that of the material of the body. The design of the damping ribs with protrusions is such that when the container is heated in the fire, the hollow cylinders move away from the body, creating an air gap, the large thermal resistance of which prevents the body from heating up. A disadvantage of the known container is the neutron cross through damping ribs and the presence of gaps between the ribs and the ends of the hollow finned cylinders with holes filled with neutron-protective material, which leads to leakage of radioactive water into the cracks during loading of the container by assemblies carried out in the spent fuel pool compartments of the blocks NPPs and acid-base solutions used to wash the outer surfaces of the container from radioactive particles. It is practically impossible to remove radioactive water or washing solutions that cause corrosion of metals from the slits with the help of pure water used for the final washing of the outer surfaces of the container.

Известны контейнеры типа TN (например, TN-12, TN-24, TN-112, TN-81) разработки компании Transnucleaire, ныне AREVA NC, (Франция) со стальными и составными корпусами и нейтронной защитой, расположенной снаружи корпуса. (В.И.Калинкин и др. «Хранение отработавшего ядерного топлива энергетических реакторов», Санкт-Петербург, 2009 г., с.51-59.) Нейтронная защита в контейнерах типа TN обеспечивается слоем поглощающего нейтроны твердого материала (отвердевающие смолы, обычно содержащие бор), который располагается на наружной поверхности корпуса. Через слой нейтронной защиты, изготовленной из материала с низкой теплопроводностью, проходят тепловоды, выполненные в виде ребер из материала с высокой теплопроводностью. Однако, наличие тепловодов, проходящих через слой нейтронной защиты, приводит к прострелу нейтронов и снижению защитных качеств контейнера.Known containers of the TN type (e.g. TN-12, TN-24, TN-112, TN-81) developed by Transnucleaire, now AREVA NC, (France) with steel and composite cases and a neutron shield located outside the case. (V.I. Kalinkin et al. “Storage of Spent Nuclear Fuel from Power Reactors”, St. Petersburg, 2009, pp. 51-59.) Neutron protection in TN-type containers is provided by a layer of neutron-absorbing solid material (curing resins, usually containing boron), which is located on the outer surface of the housing. Heat conduits made in the form of fins from a material with high thermal conductivity pass through a neutron protection layer made of a material with low thermal conductivity. However, the presence of heat conduits passing through the neutron protection layer leads to a cross of neutrons and a decrease in the protective qualities of the container.

Известны контейнеры типа CASTOR (например, CASTOR V/52, CASTOR V/21A, CASTOR V/19, CASTOR HAW 20/28 CG) разработки фирм Gesellschaft für Nuklear - Service mbH (GNS) и Gesellschaft für Nuklear - Behälter mbH (GNB) (Германия). (В.И.Калинкин, В.Г. и др., «Хранение отработавшего ядерного топлива энергетических реакторов», Санкт-Петербург, 2009 г., с.44-50.). Корпуса контейнеров типа CASTOR, изготовленные из ковкого чугуна, имеют систему продольных осевых каналов (обычно круглого сечения), заполненных твердым нейтронно-защитным материалом. Два ряда продольных каналов выполнены с помощью уникального дорогостоящего станка, разработанного в Германии специально для проведения указанных операций.CASTOR type containers are known (e.g., CASTOR V / 52, CASTOR V / 21A, CASTOR V / 19, CASTOR HAW 20/28 CG) developed by Gesellschaft für Nuklear - Service mbH (GNS) and Gesellschaft für Nuklear - Behälter mbH (GNB) (Germany). (V.I. Kalinkin, V.G. et al., “Storage of Spent Nuclear Fuel from Power Reactors,” St. Petersburg, 2009, pp. 44-50.). CASTOR-type containers made of malleable cast iron have a system of longitudinal axial channels (usually of circular cross section) filled with solid neutron-protective material. Two rows of longitudinal channels are made using a unique and expensive machine designed in Germany specifically for these operations.

Известен контейнер для транспортирования и/или хранения радиоактивных материалов, в частности отработавшего ядерного топлива (DE 10239946, МПК G21F 5/005, G21F 5/06, опубл. 2004.03.11), корпус которого состоит из теплопроводящего материала, в частности, из чугуна с шаровидным графитом или стали. В корпусе предусмотрена защита от нейтронного излучения в виде нейтронно-поглощающего материала, размещенного в просверленных отверстиях, облицованных материалом с теплопроводностью более высокой, чем теплопроводность материала корпуса. Недостатком известного контейнера является сложная и дорогостоящая технология изготовления, обусловленная сложностью и дороговизной выполнения в корпусе из чугуна с шаровидным графитом продольно расположенных отверстий. Кроме того, наличие двух рядов отверстий, заполненных «легким» материалом, обеспечивающим защиту от нейтронов, ухудшает защитные характеристики корпуса контейнера по отношению к γ-излучению и требует увеличения толщины его стенки, а также исходной массы чугунной отливки корпуса.A known container for transporting and / or storage of radioactive materials, in particular spent nuclear fuel (DE 10239946, IPC G21F 5/005, G21F 5/06, publ. 2004.03.11), the casing of which consists of heat-conducting material, in particular cast iron with spherical graphite or steel. The housing provides protection against neutron radiation in the form of a neutron-absorbing material placed in drilled holes lined with a material with a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the material of the housing. A disadvantage of the known container is a complex and expensive manufacturing technology, due to the complexity and high cost of execution of longitudinally located holes in the case of cast iron with spherical graphite. In addition, the presence of two rows of holes filled with a "light" material that provides protection against neutrons degrades the protective characteristics of the container body with respect to γ-radiation and requires an increase in the thickness of its wall, as well as the initial mass of the cast iron body.

Наиболее близким является контейнер для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов (RU 109314, МПК G21F 5/005, опубл. 10.10.2011 г.), включающий металлический корпус, преимущественно из чугуна с шаровидным графитом, и нейтронную защиту, в виде труб с нейтронно-защитным материалом, расположенных между корпусом контейнера и наружной оболочкой и зафиксированных с помощью торцевых решеток, а межтрубное пространство заполнено материалом с высокой теплопроводностью, в частности металлом или сплавом, имеющими низкую температуру плавления.The closest is a container for transporting, storing and disposing of radioactive materials (RU 109314, IPC G21F 5/005, published 10.10.2011), including a metal casing, mainly made of nodular iron, and neutron protection, in the form of pipes with neutron-protective material located between the container body and the outer shell and fixed with end gratings, and the annular space is filled with a material with high thermal conductivity, in particular metal or alloy having a low temperature Lenia.

Недостатком указанного технического решения является сложность изготовления контейнера, связанная с необходимостью заполнения межтрубного пространства материалом с высокой теплопроводностью, в частности металлом или сплавом, имеющими низкую температуру плавления.The disadvantage of this technical solution is the complexity of the manufacture of the container associated with the need to fill the annular space with a material with high thermal conductivity, in particular a metal or alloy having a low melting point.

Полезная модель направлена на решение задачи обеспечения ядерной и радиационной безопасности при транспортировании, хранении и окончательном захоронении контейнеров с радиоактивным материалом.The utility model is aimed at solving the problem of ensuring nuclear and radiation safety during transportation, storage and final disposal of containers with radioactive material.

При решении указанной задачи полезная модель обеспечивает получение технического результата, заключающегося в упрощении технологии изготовления контейнера и обеспечении эффективной защиты от гамма и нейтронного излучения и эффективного теплоотвода при размещении отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов и радиоактивных отходов в контейнерах для транспортирования, хранения и окончательного захоронения радиоактивных материалов.In solving this problem, the utility model provides a technical result consisting in simplifying the manufacturing technology of the container and providing effective protection against gamma and neutron radiation and efficient heat removal when disposing of spent fuel assemblies of nuclear reactors and radioactive waste in containers for transportation, storage and final disposal of radioactive materials .

Указанный технический результат достигается тем, что в контейнере для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов в виде ОТВС и РАО, включающий металлический корпус, преимущественно из чугуна с шаровидным графитом, наружную оболочку и нейтронную защиту, выполненную в виде труб с нейтронно-защитным материалом, расположенных в кольцевом пространстве между корпусом контейнера и наружной оболочкой, которое ограниченно с торцов трубными досками-кольцами и заполнено плоскими кольцами, выполненными из высокотеплопроводного материала, имеющими отверстия для прохода труб с нейтронно-защитным материалом и состоящими, по крайней мере, из двух частей, образующих между собой зазоры, компенсирующие термическое расширение, при этом трубы жестко соединены с кольцевыми трубными досками и снабжены концевыми пробками.The specified technical result is achieved by the fact that in the container for transportation, storage and disposal of radioactive materials in the form of spent fuel assemblies and radioactive waste, including a metal casing, mainly made of cast iron with spherical graphite, the outer shell and neutron protection, made in the form of pipes with neutron-protective material, located in the annular space between the container body and the outer shell, which is limited from the ends by tube-rings, and is filled with flat rings made of highly heat-resistant water material having holes for the passage of pipes with neutron-protective material and consisting of at least two parts, forming gaps between themselves, compensating for thermal expansion, while the pipes are rigidly connected to the annular tube boards and provided with end plugs.

Сущность полезной модели контейнера поясняется чертежами.The essence of the utility model of the container is illustrated by drawings.

На фиг.1 показано продольное сечение контейнера.Figure 1 shows a longitudinal section of a container.

На фиг.2 показана часть поперечного сечения контейнера.Figure 2 shows part of the cross section of the container.

На фиг.3 показан узел Б.Figure 3 shows the node B.

Контейнер для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов содержит (фиг.1, фиг.2, фиг.3) корпус 1, наружную оболочку 2, трубы 3 с нейтронно-защитным материалом, трубные доски 4, систему плоских колец 5 в виде двух полуколец с зазорами 6 между полукольцами и пробки 7, закрывающие трубы с нейтронно-защитным материалом.The container for transportation, storage and disposal of radioactive materials contains (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) a housing 1, an outer shell 2, pipes 3 with neutron-protective material, pipe boards 4, a system of flat rings 5 in the form of two half rings with gaps 6 between the half rings and plugs 7, closing the pipe with a neutron-protective material.

Полезная модель может быть изготовлена следующим образом.A utility model can be made as follows.

Из чугуна с шаровидным графитом отливают массивную часть корпуса 1 контейнера, обеспечивающую защиту от γ-излучения. Наносят защитное антикоррозийное покрытие на внутренние поверхности корпуса 1 и днища. Крепят наружную оболочку 2 из нержавеющей стали к корпусу 1. Устанавливают и приваривают к цилиндрическому элементу наружной оболочки 2 корпуса 1 трубную доску-кольцо 4, в отверстия которой крепят трубы 3 для нейтронно-защитного материала. На трубы 3, расположенные в два ряда, надевают плоские кольца 5, выполненные из двух полуколец. Затем устанавливают и приваривают к наружной оболочке 2 корпуса 1 вторую трубную доску-кольцо 4, в которой обваривают трубы 3, заполняют их нейтронно-защитным материалом, а затем устанавливают на их торцы пробки 7, обеспечивающие герметичность.A massive part of the container body 1 is cast from nodular cast iron, which provides protection against γ radiation. Apply a protective anti-corrosion coating on the inner surfaces of the housing 1 and the bottom. A stainless steel outer shell 2 is attached to the housing 1. A tube-ring 4 is installed and welded to the cylindrical element of the outer shell 2 of the housing 1, into the holes of which pipes 3 for the neutron-protective material are mounted. On pipes 3, arranged in two rows, put on flat rings 5 made of two half rings. Then, a second tube plate-ring 4 is installed and welded to the outer shell 2 of the housing 1, in which the tubes 3 are welded, filled with a neutron-protective material, and then plugs 7 are installed on their ends to ensure tightness.

Выполнение сплошной нейтронной защиты препятствует утечке нейтронов и обеспечивает эффективную защиту от нейтронного излучения. Использование плоских колец 5 из алюминия, имеющего высокую теплопроводность, обеспечивает эффективную передачу тепла от наружной поверхности чугунного корпуса 1 к наружной стальной оболочке 2, а зазоры 6 между смежными частями каждого плоского кольца 5 исключают соприкосновение этих частей при термическом расширении после загрузки ОЯТ в контейнер и его разогрева. Размещение материала нейтронной защиты в цельных трубах 3 с концевыми металлическими пробками 7 позволяет заменить (при необходимости) материал нейтронной защиты без разборки внешней части контейнера, повышая его ремонтопригодность. Кроме того, концевые металлические пробки 7 препятствуют затеканию радиоактивной воды бассейнов и отмывочных растворов в щели между нейтронно-поглощающим материалом и трубами 3.The implementation of continuous neutron protection prevents neutron leakage and provides effective protection against neutron radiation. The use of aluminum flat rings 5 of high thermal conductivity ensures efficient heat transfer from the outer surface of the cast iron housing 1 to the outer steel shell 2, and the gaps 6 between adjacent parts of each flat ring 5 exclude the contact of these parts during thermal expansion after loading SNF into the container and warming it up. Placing the neutron protection material in solid pipes 3 with end metal plugs 7 allows you to replace (if necessary) the neutron protection material without disassembling the outer part of the container, increasing its maintainability. In addition, the end metal plugs 7 prevent the leakage of radioactive water from pools and washing solutions in the gap between the neutron-absorbing material and the pipes 3.

Claims (1)

Контейнер для транспортирования, хранения и захоронения радиоактивных материалов, включающий металлический корпус, преимущественно из чугуна с шаровидным графитом, наружную оболочку и нейтронную защиту в виде труб с нейтронно-защитным материалом, расположенных между корпусом контейнера и наружной оболочкой, отличающийся тем, что кольцевое пространство между наружной поверхностью корпуса и оболочкой, ограниченное с торцов трубными досками-кольцами, заполнено плоскими кольцами, выполненными из высокотеплопроводного материала, состоящими, по крайней мере, из двух частей с зазором между ними и имеющими отверстия для прохода труб с нейтронно-защитным материалом, при этом трубы жестко соединены с кольцевыми трубными досками и снабжены концевыми пробками.

A container for transporting, storing and disposing of radioactive materials, including a metal body, mainly made of nodular iron, an outer shell and neutron protection in the form of tubes with neutron-protective material located between the container body and the outer shell, characterized in that the annular space between the outer surface of the casing and the shell, bounded at the ends by tube-ring rings, is filled with flat rings made of highly heat-conducting material, consisting conductive, at least in two parts with a gap therebetween and having openings for the passage of tubes with neutron-protective material, wherein the tube is rigidly connected to the annular tube plates and are provided with end plugs.