Способ подготовки комплекта с отработавшими тепловыделяющими сборками ядерных реакторов к хранению в бассейне выдержки

 

Использование: в области ядерной энергетики, при обслуживании хранилищ отработавшего ядерного топлива. Сущность изобретения: пеналы заполняют водой, устанавливают в них отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС). В каждый пенал устанавливают фильтр толщиной слоя, не препятствующей процессу конвективного перемещения воды в пенале. Поверхность воды пенала покрывают слоем гранулированного полиэтилена. Пеналы размещают в бассейне выдержки. 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в хранилищах отработавшего ядерного топлива.

Известны фильтрующие материалы, изготовленные из модифицированных полиакрилонитрильных волокон (ПАН), полученных методами полиминералогичных превращений и содержащих карбоксильные, силанольные и слабоосновные группы.

Из волокон иглопробивным способом изготовлен нетканый материал, который укладывается в фильтре.

Волокнистые иониты имеют развитую удельную поверхность, обменную емкость до 5 ммоль/г и являются эффективными сорбентами катионов железа и радионуклидов из водных растворов. Физико-химические свойства применяемых ионитов позволяют эксплуатировать их в средах при рН 5-9,2 с последующей регенерацией.

Эффективность очистки от продуктов коррозии достигает 90%, сорбция радионуклидов при рН 5-7 достигает практически 100%. Разработанные нетканые иголопробивные материалы из указанных ионообменных волокон рекомендованы в качестве цезий-селективных сорбентов при рН от 5 до 10 [1].

Известен способ хранения отработавшего ядерного топлива реакторов типа РБМК в пеналах с химически очищенной водой, установленных в водный бассейн [2].

Недостатками указанного способа являются интенсивное испарение воды, необходимость ее доливки для поддержания уровня, что вызывает изменение водного режима за счет приноса газов и солей с добавляемой водой; вода в пеналах не очищается в течение всего с срока хранения топлива.

Цель изобретения - повышение длительности безопасного хранения ОТВС путем создания режима непрерывной очистки воды в процессе хранения ОТВС и прекращение ее испарения. Это достигается тем, что в пенал с ОТВС погружают фильтр, снабженный нетканым ионообменным материалом, а зеркало воды изолируют от воздуха слоем гранул полиэтилена толщиной 250 мм, плавающего на поверхности.

Слой полиэтилена препятствует испарению воды из пенала и в то же время пропускает инертные газы и водород, образующиеся в толще воды пенала и ОТВС. Гранулированный полиэтилен не мешает взятию проб воды и препятствует насыщению воды газами из воздуха. На гладкой сплошной поверхности гранул полиэтилена сорбция продуктов коррозии мала.

Способ позволяет уменьшить испарение активной воды, осуществить коррекцию водного режима и снизить ее активность и, тем самым, увеличить срок безопасного хранения ОТВС.

На фиг.1 изображен вариант устройства для осуществления способа, где 1 - пенал, 2 - ОТВС, 3 - полиэтилен, 4 - фильтр.

П р и м е р 1. Для проверки правильности принятого решения и выяснения необходимой толщины покрытия были приведены опыты по исследованию испарения воды под слоем полиэтилена. Для исследования в лабораторных условиях был выбран гранулированный полиэтилен высокого давления марки 16803-70 по ГОСТ 16337-77, размер гранул 3х4 мм, плотность 0,92 г/см³.

Для исследования химически очищенную воду в объеме 150 мл заливали в мерные цилиндры диаметром 36 мм и объемом 250 мл. На поверхность воды насыпали гранулированный полиэтилен объемом от 100 до 250 см³. Температура воды 37-42^оС. В цилиндре N 1 зеркало воды было открыто. Зависимость скорости испарения воды из цилиндров от толщины покрытия из полиэтилена показана на фиг.2 и 3, результаты испытаний приведены в табл.1.

Испарение с поверхности без покрытия за 30 сут. составило 232 мм, с поверхности, защищенной полиэтиленом толщиной 90 мм, 100 мм, при увеличении толщины покрытия в 2 раза (180 мм) - соответственно 28 мм, при толщине слоя 225 мм испарение 12 мм.

Лабораторными исследованиями установлено, что при увеличении толщины слоя покрытия происходит испарение воды уменьшается. При толщине слоя 225 мм оно уменьшается в 20 раз.

При испытаниях в реальных условиях бассейна выдержки зеркало воды пенала покрывалось слоем полиэтилена толщиной 250 мм. Одновременно велись наблюдения за испарением воды из пеналов, не покрытых полиэтиленом. Данные испытаний приведены в табл.2.

Выбранная толщина покрытия обеспечивает прекращение испарения воды из пеналов, не препятствуя прохождению газов, образующихся в воде пеналов, и отбору проб воды. По данным исследований, выделение водорода из пенала составляет 2,5-3,6 см³/сут.

В пробах полиэтилена, взятых из нижней части покрытия, определяли содержание сорбированного железа, которое составило 14-4,2 мкг/см³, из чего видно, что сорбция продуктов коррозии на поверхности полиэтилена незначительна, активность проб на уровне окружающего фона.

П р и м е р 2. Для проверки эффективности коррекции водного режима с помощью ионообменных нетканых материалов проводили испытания на четырех пеналах бассейна выдержки. В пеналы бассейна был помещен ионообменный нетканый материал, обладающий следующими ионообменными характеристиками: ПСОЕ_кат = 3,4 ммоль/г; ПСОЕ_ан = 1,1 ммоль/г; ПСОЕ_общ = =4,5 ммоль/г. Общая масса ионита в фильтре 75 г.

Зеркало воды пенала покрывалось полиэтиленом.

Данные по содержанию примесей в воде пеналов показывают, что основными загрязнениями в ней являются соли жесткости - до 900 мг/экв/кг, хлор до 280 мкг/кг, фтор до 300 мкг/кг, железо до 270 мкг/кг.

Гамма-активность воды 1˙ 10^-3 - 1 ˙ 10^-5 Ки/кг. На 90% активность определяется изотопом ¹³⁷Cs. За время испытаний наблюдалось снижение примесей (см. табл.3): солей жесткости до 10-70 мг/экв/кг, хлора до 70 мкг/кг, фтора до 250 мкг/кг, железа до 20 мкг/кг. Активность воды снизилась в 3-10 раз.

Положительный эффект от применения разработанного способа достигается благодаря сокращению испарения воды из пеналов, уменьшению содержания примесей в воде пеналов и снижению ее радиоактивности.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КОМПЛЕКТА С ОТРАБОТАВШИМИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМИ СБОРКАМИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ К ХРАНЕНИЮ В БАССЕЙНЕ ВЫДЕРЖКИ, включающий заполнение пеналов водой, установку отработавших тепловыделяющих сборок в пеналы и размещение пеналов в бассейне выдержки, отличающийся тем, что после заполнения пеналов водой и установки в них отработавших тепловыделяющих сборок в каждый пенал устанавливают фильтр из нетканого ионообменного материалов с толщиной слоя, не препятствующей процессу конвективного перемещения воды в пенале, а поверхность воды пенала покрывают слоем гранулированного полиэтилена.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7