Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива
Изобретение относится к области ядерной техники. Сущность изобретения: транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива содержит корпус, образуемый трубами с фланцами и опорными стойками с присоединенными к ним верхними опорами с фиксаторами, нижними опорами с отверстиями под размещение фиксаторов и грузовыми проушинами. Кроме того, он содержит крышки с крепежными деталями, закрепляемые на фланцах труб, пеналы и деревянные вкладыши, устанавливаемые внутри труб и образующие рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок. На фланцах труб закреплены демпферы, опирающиеся на крышки и имеющие выемки или отверстия для размещения крепежных деталей крышек. К нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов. Деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам стальные пластины. Суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле (1,05-0,01S)<1, где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины, мм. Преимущества изобретения заключаются в безопасности эксплуатации и увеличении количества размещаемого груза. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в устройствах для транспортирования и хранения ядерного топлива преимущественно при его перевозках в нормальных условиях и с учетом возникновения аварийных ситуаций от завода-изготовителя тепловыделяющих сборок или элементов к потребителю на атомные станции, а также при его хранении в складских помещениях в нормальных условиях и с учетом возникновения аварийных ситуаций.
Известна установка для 
-излучения, содержащая герметичную камеру облучения с автономной защитой, в которой расположен плоскостной -излучатель, поддон для размещения объекта, подвижная защитная перегородка между -излучателем и поддоном [1], взятый в качестве аналога.
Недостатки известной установки заключаются в том, что защитная перегородка предохраняет от облучения в одном осевом направлении, в других направлениях защитные перегородки радиационного излучения или пластинки для ослабления потока излучения отсутствуют.
Известна упаковка для транспортирования тепловыделяющих элементов [2], включающая корпус, по крайней мере из двух труб, с крышками по торцам. Трубы корпуса жестко связаны между собой вставкой, опорные элементы корпуса снабжены фиксирующими отверстиями в нижней части и фиксирующими штырями в верхней части. Внутри каждой трубы установлены кассеты для размещения тепловыделяющих элементов. Каждая кассета зафиксирована вкладышем, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру трубы, а внутреннее отверстие повторяет форму кассеты.
Недостаток известной упаковки заключается в том, что она пригодна к эксплуатации лишь при нормальных условиях транспортирования и хранения. В аварийных ситуациях возможно нарушение целостности упаковки и выпадение из нее тепловыделяющих элементов с последующим их разрушением, так как не предусмотрены демпфирующие устройства на крышках и амортизирующие на опорах. Кроме того, используемые в трубах деревянные вкладыши незначительно задерживают излучаемый поток нейтронов в аварийных ситуациях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является транспортный упаковочный комплект (ТУК) ТК-С4 со свежим топливом реакторов ВВЭР-440 [3].
Известный транспортный упаковочный комплект состоит из контейнера и упаковочных средств. Контейнер представляет собой сварную конструкцию, из четырех сварных труб, закрываемых с обеих сторон крышками. Трубы соединены между собой стальными досками, образующими стойки опор контейнера. Герметичность внутренней полости труб обеспечивается резиновыми прокладками, размещаемыми между крышками и фланцами труб. Упаковочные средства включают деревянные вкладыши с прокладками, чехлы бязевый и полиэтиленовый, силикагель.
Недостатками известного устройства является отсутствие защиты окружающего пространства от воздействия ядерного излучения перевозимого топлива в аварийный ситуациях, а также взаимодействие упаковок между собой по излучаемым нейтронам как в нормальных условиях хранения и транспортирования, так и в аварийных ситуациях. Это обстоятельство заставляет уменьшать количество упаковок в группе хранения на складе или площадях транспортных средств. Кроме того, ввиду отсутствия демпфирующих устройств на торцевых крышках и амортизирующих устройств на опорах контейнера в данном устройстве также возможно во время аварийных ситуаций разрушение, горение и затопление его водой с последующим высыпанием топлива и возникновением самоподдерживающейся цепной ядерной реакции. При авиакатастрофах последствия могут быть значительно серьезными, чем при наземном способе перевозки.
Задачей настоящего изобретения является создание транспортного упаковочного комплекта (ТУК) для транспортирования и хранения ядерного топлива, обладающего улучшенными характеристиками.
В результате решения данной задачи реализуются новые технические результаты, заключающиеся в увеличении количества размещаемых грузов на одном транспортном средстве (при условии обеспечения ядерной безопасности в аварийных ситуациях) путем снижения транспортного индекса взаимодействующих в группе упаковок (загруженных ТУК) или индекса безопасности по критичности за счет уменьшения (ослабления) потока ядерного излучения нейтронов от наружной поверхности транспортного упаковочного комплекта, а также повышение безопасности упаковок и тепловыделяющих сборок за счет сохранения их целостности при транспортировании различными видами транспорта в аварийных ситуациях (падениях с высоты под различными углами наклона, соударениях с твердыми предметами, пожарах, затоплениях водой).
Данные технические результаты достигаются тем, что в транспортном упаковочном комплекте для транспортирования и хранения ядерного топлива, содержащем корпус, образуемый трубами с фланцами и опорными стойками с присоединенными к ним верхними опорами с фиксаторами, нижними опорами с отверстиями под размещение фиксаторов и грузовыми проушинами, крышки с крепежными деталями, закрепляемые на фланцах труб, пеналы и деревянные вкладыши, устанавливаемые внутри труб и образующие рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок, на фланцах труб закреплены демпферы, опирающиеся на крышки и имеющие выемки или отверствия для размещения крепежных деталей крышек, к нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов, деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам, стальные пластины, а суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле:
(1,05-0,01S)<1,
где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины в мм.
Проведенные опытные работы показали, что демпферы, закрепленные на фланцах труб и опирающиеся на крышки, выполненные конической формы, являются оптимальной конструкцией, максимально поглощающей ударные нагрузки и предохраняющие тепловыделяющие сборки внутри ТУК от разрушения и деформаций.
Отличительная особенность описываемого изобретения состоит в том, что на фланцах труб закреплены демпферы, опирающиеся на крышки и имеющие выемки или отверстия для размещения крепежных деталей крышек, к нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов, деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам, стальные пластины, а суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле:
(1,05-0,01S)<1,
где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины в мм, а демпферы, закрепленные на фланцах труб и опирающиеся на крышки, выполнены конической формы.
Количество упаковок, содержащих делящийся материал, на транспортном средстве, согласно Правилам МАГАТЭ, определяется транспортным индексом упаковки по ядерной безопасности и индексом безопасности по критичности (ИБК).
Транспортный индекс - это число, выражающее максимальный уровень излучения на расстоянии 1 метр от внешней поверхности упаковки. Чем выше транспортный индекс, тем меньше с учетом аварийной ситуации допустимое количество упаковок, размещаемых на площадях складских помещений или полезных площадях транспортных средств: самолете, вагоне железнодорожного поезда, автомобиле, судах морского и речного флота. Например, железнодорожные вагоны и плавучие средства транспортируются недогруженными по грузоподъемности и полезному внутреннему объему.
Индекс безопасности по критичности (ИБК) - это установленное число для конкретной упаковки. ИБК используется для контроля за общим количеством упаковок, размещаемых на транспортном средстве или в складируемом помещении. Чем выше число ИБК, тем меньшее количество упаковок может быть размещено по условиям ядерной безопасности в аварийных ситуациях на транспортном средстве (самолете, железнодорожном вагоне, автомобиле или автомобильном прицепе, морском или речном судне). Транспортные средства в большинстве случаев недогружены по полезному объему и грузоподъемности, что приводит к удорожанию стоимости перевозок.
Кроме того, для определения условий ьозникновения и поддержания цепной реакции деления и баланса нейтронов в конечной размножающей системе в ядерной гехнике введено понятие эффективного коэффициента размножения Кэф. В надкритичном состоянии Кэф >1, цепная реакция лавинообразно нарастает, увеличивается со временем плотность нейтронов и энергия, выделяемая в системе в единицу времени. Этот процесс происходит до тех пор, пока К эф не станет меньшим 1.
Совокупность данных признаков позволит снизить ИБК за счет уменьшения (ослабления) потока ядерного излучения нейтронов от наружной поверхности транспортного упаковочного комплекта и транспортный индекс взаимодействующих в группе упаковок (загруженных ТУК), что, в свою очередь, позволит увеличить количество размещаемых грузов на одном транспортном средстве (при условии обеспечения ядерной безопасности в аварийных ситуациях), также позволит повысить безопасность упаковок и тепловыделяющих сборок за счет гашения динамических нагрузок, возникающих во время толчков и ударов при падениях упаковок и вибрационных нагрузок при транспортировании, сохраняя их целостность.
На фиг.1 представлен общий вид транспортного упаковочного комплекта, на фиг.2 показан вид сбоку по стрелке А, на фиг.3 изображен вид Б - амортизатор, на фиг.4 изображена труба в разрезе с пеналом, защитными пластинами, деревянными вкладышами. Стрелками показано направление потоков излучаемой энергии нейтронов от тепловыделяющей сборки.
Транспортный упаковочный комплект состоит из корпуса 1, образуемого трубами 2 и опорными стойками 3. Трубы снабжены фланцами 4 с отверстиями под крепежные детали, а к стойкам присоединены верхние опоры 5, нижние опоры 6, грузовые проушины 7. Верхние опоры имеют фиксаторы 8, нижние соосно расположенные отверстия 9 под вхождение этих фиксаторов, установленных друг на друга штабелируемых в группы ТУК при их складировании или размещении и креплении на транспортных средствах. Крышки 10, демпферы 11 выполнены конической формы и закреплены крепежными деталями отдельно между собой на фланцах труб. Опорные листы 13 присоединены к нижним опорам с помощью резинопружинных амортизаторов 14. Деревянные вкладыши 15 и стальные пеналы 16, образующие рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок (ТВС) внутри труб корпуса ТУК, поглощающие, защитные пластины 17, тепловыделяющие сборки 18 устанавливаются внутрь труб корпуса ТУК. Прокладки 19 устанавливаются между крышкой и фланцем трубы для обеспечения герметичности ТУК.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед загрузкой тепловыделяющих сборок в рабочие ячейки корпуса ТУК демпфирующие устройства и крышки должны быть сняты с фланцев труб корпуса. Затем внутрь ТУК размещают тепловыделяющие сборки с упаковочными средствами в виде чехлов, предохраняющих наружные поверхности ТВС от повреждений. После этого закрепляют крышки на фланцах труб и устанавливают демпферы. Собранный ТУК готов к транспортированию и хранению с учетом его попадания в аварию.
В приведенной формуле число 1 характеризует эффективный коэффициент размножения Кэф, который должен быть меньше 1 для обеспечения условий предотвращения возникновения цепной реакциии деления и баланса нейтронов. В соответствии с эмперической формулой суммарная толщина стенки пенала и пластины S должна быть не менее 5 мм.
Источники информации
1. А.с. №510876, Бюллетень изобретений №2, 1983 г.
2. Патент России №2145740 С1, Бюллетень изобретений №5, 2000 г.
3. Сертификат-разрешение на конструкцию упаковки RU/118/B(U)F, Москва, Минатом РФ, 1998 г.
Формула изобретения
1. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива, содержащий корпус, образуемый трубами с фланцами и опорными стойками с присоединенными к ним верхними опорами с фиксаторами, нижними опорами с отверстиями под размещение фиксаторов и грузовыми проушинами, крышки с крепежными деталями, закрепляемые на фланцах труб, пеналы и деревянные вкладыши, устанавливаемые внутри труб и образующие рабочие ячейки для размещения тепловыделяющих сборок, отличающийся тем, что на фланцах труб закреплены демпферы, опирающиеся на крышки и имеющие выемки или отверстия для размещения крепежных деталей крышек, к нижним опорам присоединены с помощью амортизаторов опорные листы с отверстиями для размещения фиксаторов, деревянные вкладыши снабжены выемками, в которых по длине активной зоны тепловыделяющей сборки размещены поглощающие поток нейтронов, примыкающие к пеналам стальные пластины, а суммарная толщина стенки пенала и пластины определяется по формуле (1,05-0,01S)<1, где S - суммарная толщина стенки пенала и пластины, мм.
2. Транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения ядерного топлива по п.1, отличающийся тем, что демпферы, закрепленные на фланцах труб и опирающиеся на крышки, выполнены конической формы.
РИСУНКИ
