Корзина для хранения, предназначенная для хранения или транспортировки ядерных материалов - RU2778396C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к корзине для хранения, предназначенной для хранения или транспортировки ядерных материалов, причем корзина состоит из одной или нескольких смежных полостей, в каждую из которых можно вводить топливную сборку, топливные стержни или иглы, патрубки топливных стержней или игл, или в более общем случае, ядерное топливо, или объекты, содержащие ядерный материал, которые не являются ядерным топливомю

Изобретение также относится к контейнеру для транспортировки или хранения ядерного материала, содержащему такую корзину для хранения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Хранение (или временное складирование), а также транспортировка ядерного материала должно удовлетворять условиям безопасности и надежности, и в частности, гарантировать, как минимум:

- нулевой риск критичности;

- ограниченный, и даже нулевой риск перегрева (тепла, которое может исходить от ядерного материала и/или от среды хранения, складирования или транспортировки);

- надлежащее механическое обслуживание.

Что касается, в частности, транспортировки ядерных материалов, вопросы, связанные с безопасностью и транспортировкой радиоактивных материалов, в частности, изложены в документах «Безопасность транспортировки радиоактивных материалов» «La sûreté des transports de matières radioactives» B. Lenail, Revue Générale Nucléaire n° 1 2005); «Разработка, изготовление и испытания упаковок для транспортировки радиоактивных материалов» («Conception, fabrication et essais des emballages pour le transport des matières radioactives», B. C. Bernardo, AIEA Bulletin Vol. 21, n° 6), а также в документе EP0752151.

Таким образом, упаковки для транспортировки должны быть одобрены компетентными органами (французскими, британскими, японскими, и т.д.) и соответствовать критериям, установленным правилами Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) для упаковок типа B. Для получения их сертификации, они должны гарантировать, в частности:

- нулевой риск критичности;

- ограниченную температуру на уровне внешней стенки;

- приемлемую температуру оболочки топлива, применительно к критериям механической устойчивости упомянутых оболочек;

- ограниченные потоки нейтронного излучения, направленные из упаковки;

и все это должно иметь место, как при нормальных условиях транспортировки, так и при внештатных условиях транспортировки (падении, и/или воспламении, и/или затоплении).

В качестве примера, проиллюстрированного на Фигуре 1, по направлению снаружи вовнутрь, упаковка для транспортировки 2 согласно уровню техники, как правило, включает в себя по своей наибольшей длине (т.е. по своему продольному направлению Z2):

- внешний 24 слой биологической защиты, который может пересекаться ребрами 23 охлаждения; причем внешний 24 слой может содержать, например, нейтронопоглощающий материал, такой как смола или цемент;

- по меньшей мере, одно удерживающее 25 кольцо, основные функции которого состоят в обеспечении механического удержания упаковки и теплопередачи изнутри упаковки наружу; могут присутствовать несколько колец и/или несколько слоев, и тогда речь может идти о корпусе; кольцо 25 (или корпус) окружено внешним 24 слоем биологической защиты;

- внутреннюю полость 22, пригодную для вмещения топливной сборки 3 и радиально разграниченную кольцом 25.

Кольцо задано как полый цилиндр, ограниченный внутренней 251 цилиндрической поверхностью и внешней 252 цилиндрической поверхностью.

Внутренняя 22 полость, как правило, задана внутренней поверхностью кольца 25, простирающейся в продольном направлении Z2 упаковки, а также дном и крышкой упаковки, расположенными на противоположных краях кольца в продольном направлении Z2.

Внешний 24 слой содержит нейтронопоглощающий защитный материал. Такой материал также можно называть «нейтронопоглощающим материалом» или «нейтронным поглотителем». Это может быть смола или цемент.

Полость 22 снова закрывают с помощью закрывающей системы 28. На Фигуре 1, закрывающая система 28 содержит первую пробку, закрепленную с помощью фланца, которая перекрывается второй пробкой так, чтобы обеспечить биологическую защиту и герметичность упаковки сразу после перекрытия.

Такую упаковку также можно использовать для транспортировки, но также и для хранения ядерного материала. Здесь, в более общем виде речь идет об «упаковке».

Упаковка 2 при использовании для транспортировки дополнительно содержит один или более противоударных чехлов 29, для надежного удержания ядерного материала в полости 22, даже в случае падения. Амортизирующие чехлы, как правило, образованы изсобранных деревянных блоков, волокна которых ориентированы в заданном направлении.

Ядерный материал может быть упакован в одну или более топливных сборок, один или более топливных стержней, одну или более топливных игл, один или патрубков топливных стержней или игл. Он может присутствовать в форме порошка, содержащегося в контейнере, или в форме источника. Он также может содержаться в объектах, которые не являются ядерным топливом.

Для упрощения изложения и прочтения настоящего описания, будет упомянуто одно (или несколько) топливных сборок, и при этом следует понимать, что ядерный материал может быть упакован или содержаться в других объектах.

Для обеспечения гарантии безопасности и сохранности, хранение, складирование и транспортировку ядерного материала, как правило, осуществляют путем размещения одной или нескольких сборок в одной или более корзин для хранения.

Корзины для хранения для ядерного материала, в частности, адаптированы для топлива, которое было облучено, но в идеале применяются для нового (не облученного) топлива.

Корзины для хранения можно использовать в сухой или влажной среде, например, при хранении топлива в бассейне или при его введении в упаковки для транспортировки, при складировании или временном хранении в бетонных конструкциях, или также при их конечном захоронении в геологических слоях.

Например, применительно к Фигуре 1, корзину 1 можно вводить в полость 22 упаковки для транспортировки 2.

Корзина для хранения должна выполнять одновременно, по меньшей мере, три основные функции:

- регулирования критичности ядерного материала, - в сухом состоянии или при присутствии текучей среды в жидком или газообразном состоянии (воды, водяного пара, ледниковой воды, жидкого натрия, и т.д.);

- теплопереноса для отвода тепла, возможно, выделяемого ядерным материалом, в частности, в случаях облученных топливных сборок, и это с учетом среды хранения, складирования или транспортировки;

- механической стойкости, достаточной для: обеспечения поддержания геометрии корзины, загруженной ядерным материалом, и предотвращения повреждения ядерного материала при нормальных и аварийных режимах работы (погрузочно-разгрузочные работы, транспортировка, и т.д.) и обеспечения контроля критичности путем поддержания геометрии корзины, даже при случайных обстоятельствах (серьезный удар или падение) в соответствии с действующим законодательством.

Корзины для хранения иногда бывают сконструированы также с точки зрения придания дополнительного экранирования от ионизирующего излучения, используемого в некоторых применениях.

Наконец, является предпочтительным, чтобы корзина для хранения обладала ограниченной массой, - чтобы не утяжелять узел, в котором она должна быть расположена.

Корзина для хранения также может называться «корзиной».

Известны многочисленные типы корзин для ядерных топливных сборок.

Корзина для хранения обычно имеет цилиндрическую форму, простирающуюся в продольном направлении, и ее поперечное сечение, как правило, практически круглое. Но корзина может иметь и другие формы поперечного сечения.

Корзина для хранения обеспечивает функцию механического удержания, состоящую в удержании ядерного материала (посредством объекта, в котором он содержится) в одной или нескольких полостях.

Таким образом, корзина для хранения включает в себя одну или несколько смежных полостей, в которые можно вводить один или более объектов, содержащих ядерный материал.

Полости, как правило, имеют размер в длину, меньший или равный длине корзины. Они, как правило, имеют почти цилиндрическую форму, простирающуюся в продольном направлении корзины. Поперечное сечение полости может быть круглым, квадратным, прямоугольным или гексагональным, или иметь другую форму, адаптированную для объекта, который должен быть помещен в полость.

Например, применительно к Фигуре 1, корзина 1 включает в себя несколько полостей 10, причем каждая полость сконфигурирована для приема топливной сборки 3.

Корзина для хранения должна обеспечивать минимальный уровень рассеивания тепла из топливной сборки (в более общем виде, объекта, содержащего ядерный материал) за пределы корзины.

Дополнительно, для облегчения введения сборки в корзину, необходим зазор. Зазор также может быть необходим для регулирования разности в механических характеристиках различных материалов, составляющих корзину и сборку с течением времени и в зависимости от изменений температуры. Например, могут иметь место различия в увеличении объема.

Этот зазор заполняется газом, причем у газа теплопроводность более низкая, чем теплопроводности материалов, составляющих корзину и сборку. Таким образом, в месте, где имеется зазор, возникает падение теплопроводности, порождая теплоизоляцию между внешней стенкой сборки и внутренней стенкой корзины. Таким образом, зазор, заполненный газом, может сдерживать рассеивание тепла между деталями за пределы корзины.

В случае, когда ядерное топливо сохраняет высокую тепловая мощность (обычно примерно 4-8 кВт), которую необходимо отводить, такая теплоизоляция составляет серьезную проблему. Из-за этого, мощность транспортируемого топлива необходимо ограничивать. Это приводит к невозможности транспортировки топлива, как необлученного, так и облученного, так как, как правило, приходится очень долго ждать, чтобы топливо охладилось, чтобы его можно было транспортировать.

Комиссариат по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (CEA) разработал и запатентовал устройство, позволяющее снизить тепловое сопротивление между двумя твердыми телами (EP2831888B1). Принцип действия этого устройства основан на изменении механического зазора между двумя твердыми телами. В дальнейшем описании оно также называется «передвижным устройством».

Фигуры 2A, 2B и 2C иллюстрируют запатентованное передвижное устройство.

Передвижное устройство 4 состоит, по меньшей мере, из одной группы 40 из нескольких теплопередающих элементов 401, 402, 403, 404, пригодных для теплопередачи, расположенных в продольном направлении Z4 передвижного устройства 4, причем два соседних теплопередающих элемента могут находиться в контакте друг с другом.

Каждый из элементов 401, представленных на Фигуре 2C, имеет почти призматическую форму и включает в себя несколько граней: основание 401a, способное опираться на стенку, нижнюю 401b грань и верхнюю 401c грань, которые могут быть приведены в контакт с верхней гранью, т.е., соответственно, с нижней гранью соседнего элемента, первую и вторую боковые грани 401d и 401e, из которых, по меньшей мере, одна снабжена средствами для обеспечения тяги теплопроводящего элемента 401 по направлению, параллельному основание 401a, и его приведения из исходного положения, в котором теплопередающий элемент находится в свободном состоянии (Фигура 2B) и опирается на стенку, которая представляет собой либо «горячую стенку» 3 (например, внешнюю оболочку топливной сборки), либо «холодную стенку» 5 (например, поверхность или внутреннюю стенку контейнера, упаковки для транспортировки, бункера для хранения, и т.д.), в возбужденное положение (Фигура 2A), в котором теплопередающий элемент отделен от стенки зазором, и наоборот.

Ребро 401f (Фигура 2C) связывает боковые грани 401d, 401e и верхнюю 401c грань. Ребро 401f может быть скошенным.

Первая группа первых элементов 401, 403 связана с первой 3 стенкой, которая представляет собой, например, горячую стенку: элементы, которые имеют основание 401a, 403a, могут опираться на горячую стенку.

Вторая группа вторых элементов 402, 404 связана со второй 5 стенкой, которая представляет собой, например, холодную стенку: элементы, каждый из которых имеет основание 402a, 404a, могут опираться на холодную стенку.

Первые и вторые элементы укладывают по очереди. Иными словами, первый 403 элемент может находиться в контакте с двумя вторыми элементами 402, 404: нижнюю 403b грань (соответственно, выше 403c) первого 403 элемента размещают напротив верхней 402c грани (соответственно, ниже 404b) второго 402 элемента (соответственно, 404). Аналогично, второй 402 элемент может находиться в контакте с двумя первыми элементами 401, 403: нижнюю 402b грань (соответственно, выше 402c) второго 402 элемента размещают напротив верхней 401c грани (соответственно, ниже 403b) первого 401 элемента (соответственно, 403).

Эта очередность имеет место, за исключением двух концов группы передвижного устройства 4.

Нижние 401b и верхние 401c грани теплопередающего элемента 401 наклонены так, для обеспечения опоры, а также поступательного движения между нижней гранью теплопередающего элемента и верхней гранью соседнего элемента (а также между верхней гранью и нижней гранью соседнего элемента). Это позволяет перемещать элемент по оси, ортогональной к продольному направлению Z4, относительно одного или двух соседних элементов. Управление этими перемещениями позволяет, либо создавать контакт между холодной и горячей стенкой (Фигура 2B), либо открывать зазор между упомянутыми стенками (Фигура 2A).

Средства используют для обеспечения тяги теплопередающих элементов, т.е. для приложения силы к одной или более групп теплопередающих элементов.

Контакт между двумя последовательными теплопередающими элементами может иметь место лишь по образующей, или просто по нескольким зонам, причем передвижное устройство позволяет, благодаря наличию множества базовых граней, повысить количество точек контакта и получить большие по размеру контактные грани. Чем меньше размер теплопередающих элементов, тем лучше будет адаптация к форме.

Упомянутое передвижное устройство можно использовать в корзине для хранения, для хранения, складирования или транспортировки ядерного материала.

Передвижное устройство может быть встроено в качестве внешней стенки упомянутой корзины. В узле согласно настоящему описанию можно сконструировать такую стенку в виде «подвижной внешней стенки».

Передвижное устройство может быть встроено в качестве внутренней стенки упомянутой корзины, разграничивающей полость, пригодную для вмещения ядерного материала. В узле согласно настоящему описанию можно сконструировать такую стенку в виде «подвижной внутренней стенки».

В узле согласно настоящему описанию, когда корзина для хранения содержит единственную полость, можно сконструировать такую корзину в виде «подвижной корзины».

Когда корзина для хранения содержит несколько полостей, внутри корзины имеются несколько внутренних стенок, а передвижное устройство может быть встроено на уровне одной или нескольких внутренних стенок.

Устройство также может быть встроено сразу на уровне внешней стенки корзины и на уровне одной или более внутренних стенок.

В двух последних случаях можно сконструировать такую корзину в виде «подвижной корзины» или «смешанной корзины».

Иными словами, передвижное устройство позволяет регулировать зазор между горячей стенкой и холодной стенкой, которые могут представлять собой:

- внешнюю стенку сборки (горячую стенку) и грань или внутреннюю стенку контейнера (упаковки, бункера, и т.д.) (холодную стенка): «подвижная корзина», или

- внешнюю стенку сборки (горячую стенку) и внутреннюю стенку корзины (холодную стенку): «подвижная корзина» или «смешанная корзина» и/или

- внешнюю стенку корзины (горячую стенку) и грань или внутреннюю стенку контейнера (упаковки, бункера) (холодную стенку): «подвижная корзина» или «смешанная корзина».

Термины «горячая» и «холодная» стенка следует понимать в относительном смысле.

В любом случае, детали, находящиеся в контакте с передвижным устройством, создают дополнительную массу. Или, задачей изобретения является получение корзин со сниженной массой.

Изобретение направлено на преодоление неудобства корзины для хранения, содержащей одно или более передвижных устройств.

Одна из задач изобретения, таким образом, состоит в снижении массы корзин для хранения, содержащих один или более передвижных устройств, при сохранении теплопроводности эквивалентного порядка.

Изобретение дополнительно направлено на получение корзины для хранения, которая обеспечивает функции и условия безопасности и надежности, указанные ранее.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей изобретения, позволяющей достигать эту цель, является создание корзины для хранения, предназначенной для транспортировки, хранения и/или складирования ядерных материалов, простирающихся в продольном направлении, и содержащей, по меньшей мере, одну полость, пригодную для вмещения ядерного материала, причем полость разграничена внутренней стенкой, и содержащей дополнительно, по меньшей мере, одно передвижное устройство, пригодное для изменения зазоров между двумя твердыми телами, причем упомянутое передвижное устройство простирается в продольном направлении и содержит, по меньшей мере, одну группу из нескольких теплопередающих элементов, расположенных в продольном направлении упомянутого передвижного устройства, причем два соседних теплопередающих элемента могут находиться в контакте друг с другом, а каждый теплопередающий элемент обладает почти призматической формой и содержит основание, способное опираться на стенку одного из двух твердых тел, имеет нижнюю грань, верхнюю грань, а также первую и вторую боковые грани, и из которых, по меньшей мере, одна снабжена средствами для обеспечения тяги упомянутого теплопередающего элемента по направлению, параллельному упомянутому основанию, для его приведения из первого положения, в котором теплопередающий элемент находится в свободном состоянии и опирается на стенку, во второе положение, в котором теплопередающий элемент отделен от стенки зазором, и наоборот, из второго положения в первое положение, причем, по меньшей мере, одна внутренняя стенка образована упомянутым, по меньшей мере, одним передвижным устройством, а корзина для хранения характеризуется тем, что она содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом.

Металлическую губку размещают вокруг одной или более полостей.

Как было указано ранее в описании, здесь следует понимать, что внутренняя стенка означает стенку, разграничивающую ячейку.

Корзина для хранения может дополнительно содержать внешнюю стенку, заданную согласно изобретению как дополнительную стенку, функция которой состоит в разграничении объема упомянутой корзины.

Согласно изобретению, когда корзина для хранения содержит единственную полость, имеется лишь внутренняя стенка, и она образована передвижным устройством. Специалисту в данной области техники должно быть в данном случае понятно, что внутренняя стенка разграничивает полость, но что она также выполняет функцию разграничения объема корзины. Таким образом, необходимо иметь дополнительную внешнюю стенку. Однако, не исключено размещение вокруг подвижной внутренней стенки, например, тонкой стенки вокруг упомянутой подвижной внутренней стенки.

Является предпочтительным, чтобы продольное направление корзины и продольное направление передвижного устройства совпадали.

Продольное направление корзины может быть ориентировано в вертикальном или в горизонтальном направлении или по любому другому направлению.

Заполнение корзины для хранения металлической губкой позволяет иметь более легкие корзины для хранения, с обеспечением одновременно повышенной функции теплопроводности для передвижного устройства (устройств). Это позволяет, в частности, уравновесить избыточную массу передвижного устройства (устройств) при их заполнении.

Дополнительно, корзина согласно изобретению позволяет обеспечивать термическую непрерывность за счет присутствия металла, с обеспечением выигрыша в массе, что может составлять порядка 90%, в соответствии с пористостью используемой металлической губки.

Корзина согласно изобретению допускает дополнительную защиту от ударов по ядерному материалу при его упаковывании или помещении, например, в бассейн или в место для складирования, или при его транспортировке. На самом деле, металлическая губка, благодаря своей пористости, а следовательно, своей способности к сжатию, позволяет поглощать механические удары и рассеивать энергию механической деформации.

При создании защиту от ударов как можно ближе к объекту, содержащему ядерный материал, вместо защиты самого контейнера или внешней оболочки, снижают защищаемый объем, а следовательно, и массу, и таким образом, более надежно защищают ядерный материал от ударов.

Таким образом, изобретение позволяет добавлять функцию амортизации в случае падении корзины для хранения.

Согласно варианту воплощения корзина для хранения содержит только одну полость, причем внутренняя стенка образована передвижным устройством. В данном случае, упомянутое передвижное устройство содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом.

Согласно варианту воплощения корзина для хранения содержит несколько полостей и дополнительно содержит внешнюю стенку. В данном случае, имеется несколько внутренних стенок.

Согласно конкретному варианту воплощения пространство, находящееся между внутренними стенками и внешней стенкой корзины для хранения содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом.

Согласно варианту воплощения внешняя стенка корзины для хранения образована, по меньшей мере, одним передвижным устройством. Речь может идти о внешнем передвижном устройстве.

Согласно конкретному варианту воплощения, по меньшей мере, один из теплопередающих элементов передвижного устройства, образующего внешнюю стенку корзины для хранения, содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом.

Это позволяет облегчить передвижное устройство, и таким образом, успешно облегчить корзину для хранения, с обеспечением при этом функции теплопроводности.

Согласно конкретному варианту воплощения все внутренние стенки образованы передвижным устройством.

Согласно конкретному варианту воплощения, по меньшей мере, один из теплопередающих элементов упомянутого передвижного устройства, образующего внутреннюю стенку, содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом.

Это позволяет облегчить передвижное устройство и, таким образом, успешно облегчить корзину для хранения, с обеспечением при этом функции теплопроводности, и повысить рассеивание энергии при ударе.

Согласно варианту воплощения, по меньшей мере, один теплопередающий элемент содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом. Это может быть, по меньшей мере, один теплопередающий элемент внутренней подвижной стенки и/или, по меньшей мере, один теплопередающий элемент внешней подвижной стенки.

Как было указано ранее, это позволяет облегчить передвижное устройство и, таким образом, успешно облегчить корзину для хранения, с обеспечением при этом функции теплопроводности, и повысить рассеивание энергии при ударе.

Согласно конкретному варианту воплощения, по меньшей мере, один из теплопередающих элементов, содержащих металлическую губку, содержит внешнюю оболочку из тонкого листа, предпочтительно, теплопроводящую.

Под тонким листом понимают листовой металл, достаточно тонкий, чтобы он не ограничивал движения сжатия и/или расширения металлической губки.

Дополнительно, листовой металл должен быть достаточно толстым для обеспечения поддержания упомянутой металлической губки внутри корзины.

Толщина тонкого листа предпочтительно составляет 1-3 мм.

Объем внутри внешней оболочки теплопроводящего элемента должен быть достаточным для содержания одной или нескольких пор губки внутри упомянутого теплопередающего элемента.

Является предпочтительным, чтобы металлическая губка обладала пористостью 50-97%, например, 79-81%.

Согласно варианту воплощения газ, находящийся в порах металлической губки, содержит гелий.

Согласно другому варианту воплощения газ, находящийся в порах металлической губки, содержит азот.

Согласно другому варианту воплощения газ, находящийся в порах металлической губки, содержит воздух.

Другой задачей изобретения является создание узла, содержащего корзину для хранения, и контейнера, содержащего, по меньшей мере, одну корзину для хранения.

Согласно варианту воплощения контейнер представляет собой упаковку для транспортировки, а корзина расположена в полости упаковки.

Согласно другому варианту воплощения контейнер представляет собой бункер для складирования ядерных материалов.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

Другие характеристики и преимущества изобретения, а также различные варианты воплощения станут ясными с помощью описания, которое приведено как иллюстративное, а не ограничивающее, приведенное применительно к прилагаемым Фигурам, из которых:

- Фигура 1 иллюстрирует упаковку, известную из уровня техники;

- Фигуры 2A-2C иллюстрируют передвижное устройство согласно уровню техники, позволяющее снизить тепловое сопротивление между двумя твердыми телами и пригодное для воплощения на уровне стенки корзины;

- Фигура 3 иллюстрирует первый вариант воплощения изобретения, причем корзина является подвижной и содержит единственную полость (корзина проиллюстрирована в контейнере);

- Фигура 4 иллюстрирует второй вариант воплощения изобретения, причем корзина содержит фиксированную внешнюю стенку и подвижные внутренние стенки, разграничивающие несколько полостей (корзина проиллюстрирована в контейнере);

- Фигура 5 иллюстрирует третий вариант воплощения изобретения, причем корзина содержит внешнюю подвижную стенку и подвижные внутренние стенки, разграничивающие несколько полостей (корзина проиллюстрирована в контейнере).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Фигуры 1 и 2A-2C были описаны во введении в настоящую заявку, и их описание не будет далее повторено.

В узле Фигур 3-5, корзина 1 для хранения согласно изобретению проиллюстрирована введенной в контейнер 5, пригодный для вмещения одной или нескольких корзин для хранения, причем контейнер 5 содержит внутреннюю 51 коронку и внешнюю 52 коронку, и может представлять собой упаковку для транспортировки или бункер, и при этом следует понимать, что контейнер может содержать лишь одну коронку, сплошную или полую (или перфорированную), и даже содержать только одну стенку, способную окружать корзину, и что корзину можно использовать не в упаковке или в бункере, а, например, в другом хранилище, в сухом виде или в бассейне.

Корзина 1 для хранения согласно изобретению простирается в продольном направлении. Она включает в себя одну или несколько смежных полостей 10, в которые можно вводить объекты, содержащие ядерный материал, - обычно одну сборку на полость.

Полость обладает почти цилиндрической формой, простирающейся в продольном направлении корзины 1. Поперечное сечение полости может быть круглым, квадратным, прямоугольным или гексагональным, или иметь другую форму, адаптированную для объекта, который она должна вместить.

В узле Фигур 3-5, объект, содержащий ядерный материал, представлен в виде топливной сборки 3 гексагонального поперечного сечения.

Но речь может идти также о топливной сборке, обладающей другим поперечным сечением, содержащей один или несколько стержней, одной или нескольких игл, необязательно расположенных в сборке, одном или нескольких патрубках стержней или одной или нескольких топливных игл, или в более общем виде, - о ядерном топливе, или еще об объектах, содержащих ядерный материал, который не является ядерным топливом. В более общем виде, ядерный материал упакован в объекте.

Для упрощения редактирования и прочтения настоящего описания, как правило, будет упоминаться топливная сборка, и при этом следует понимать, что это может быть и объект, отличный от сборки.

Сборку 3 можно вводить в полость 10 корзины 1 для хранения. Полость 10 обладает гексагональным поперечным сечением, адаптированным для приема сборки.

Тепло должно передаваться из сборки 3 через ее внешнюю оболочку 31 в полость 10, в которой находится сборка, затем оно должно проходить через корзину 1, а затем передаваться контейнеру 5 и уходить из упомянутого контейнера.

Фигура 3 иллюстрирует корзину для хранения по первому варианту воплощения.

Корзина 1 имеет единственную полость 10, а следовательно, единственную внутреннюю стенку, образованную передвижным устройством 4, позволяющим регулировать зазор J3 между сборкой 3 и полостью 10. Таким образом, при введении сборки 3 в полость 10 корзины, зазор J3 остается открытым, затем зазор J3 (Фигура 2A) снова закрывают сразу после помещения сборки 3 в корзину, что, таким образом, позволяет непрерывно поддерживать хорошую теплопроводность.

Передвижное устройство 4 корзины позволяет также регулировать зазор J5 (Фигура 2A) между корзиной 1 и контейнером 5. Таким образом, при введении корзины 1 в контейнер 5, зазор J5 остается открытым, затем зазор J5 снова закрывают, сразу после помещения корзины в контейнер, что способствует, таким образом, хорошей тепловой непрерывности и повышает рассеивание энергии при ударе.

Передвижное устройство 4 содержит несколько групп 40, 41, 42, 43, 44, 45 теплопередающих элементов 401-404, 411-414, 421-424, 431-434, 441-444, 451-454, расположенных в продольном направлении Z4 передвижного устройства 4, соответствующем продольному направлению корзины 1, причем два соседних теплопередающих элемента могут находиться в контакте друг с другом. Дополнительно, группы теплопередающих элементов расположены друг относительно друга в регулярном порядке на плоскости, поперечной к продольному направлению корзины, причем каждая группа теплопередающих элементов охватывает на упомянутой поперечной плоскости сектор порядка 360°, деленный на число групп, - в данном случае 6, т.е. 60° на сектор.

Для каждой группы теплопередающих элементов два концевых элемента усечены, для получения плоских поверхностей на двух концах группы.

Такое расположение также представлено на Фигурах 4 и 5 (с несколькими полостями), где каждая ступень группы 40, 41, 42, 43, 44, 45 теплопередающих элементов 401-404, 411-414, 421-424, 431-434, 441-444, 451-454 покрывает каждый сектор примерно 60°.

Для группы проиллюстрированных вариантов воплощения, каждый теплопередающий элемент 401 содержит внешнюю оболочку, которая соответствует всем или части граней 401a-401e.

Внешняя оболочка теплопередающего элемента может представлять собой тонкий слой, предпочтительно, проводящий. Внешняя оболочка теплопередающего элемента может быть образована лишь основанием 401a и нижней 401b гранью. Это выгодно для упрощения способа изготовления и добавления способа отвода тепла от элементов за счет естественной конвекции.

Тонкий слой может быть металлическим, например, алюминиевым.

Внешняя оболочка теплопередающих элементов может, например, заключать в себе металлическую губку 14.

В зависимости от предусмотренного применения, теплопередающие элементы, обладающие подъемной функцией, могут быть заполнены сплошным материалом (а не металлической губкой), если необходимо противодействие тяге.

То же самое относится и к частям теплопередающих элементов, которые должны быть соединены с другими соседними теплопередающими элементами в продольном направлении Z4.

На Фигуре 4 проиллюстрирован второй вариант воплощения изобретения.

Корзина 1 имеет несколько полостей 10, и она содержит внутреннюю 4’ подвижную стенку на уровне каждой полости 10. Иными словами, все внутренние стенки корзины 1, разграничивающие полости 10, образованы из передвижных устройств 4’.

В качестве альтернативы, лишь некоторые внутренние стенки могут быть образованы передвижным устройством 4’.

Дополнительно, корзина содержит фиксированную 12 внешнюю стенку, т.е. внешнюю стенку, которая не содержит передвижное устройство, и которая простирается в продольном направлении корзины.

Как описано применительно к Фигуре 2, каждое внутреннее 4’ передвижное устройство содержит несколько групп 40’ теплопередающих элементов, расположенных в продольном направлении Z4, соответствующем продольному направлению Z1 корзины.

Каждая внутренняя 4’ подвижная стенка позволяет создавать зазор J3 между сборкой 3 и полостью 10 корзины при введении сборки 3 в полость корзины, затем снова закрывать зазор J3, сразу после помещения сборки 3 в корзину, что способствует, таким образом, теплопроводности между сборкой 3 и корзиной 1, и далее, контейнером 5.

Металлическую губку 14 помещают в пространство, находящееся между подвижными 4’ внутренними стенками и внешней 12 стенкой корзины для хранения.

В случае, когда лишь некоторые внутренние стенки образованы внутренним передвижным устройством, металлическая губка расположено в пространстве, находящемся между внутренними стенками (фиксированными и подвижными) и внешней стенкой корзины для хранения.

В дополнение или в качестве альтернативы, металлическая губка может быть вставлена во все или в часть теплопередающих элементов передвижных 4’ устройств, образующих подвижные внутренние стенки.

На Фигуре 5 проиллюстрирован третий вариант воплощения изобретения.

Этот вариант воплощения отличается от второго варианта воплощения тем, что внешняя 12 стенка корзины 1 также образована внешним 4’’ передвижным устройством, образующим внешнюю подвижную стенку.

Как описано применительно к Фигуре 3, передвижное устройство 4’’ содержит несколько групп 40’’ теплопередающих элементов, расположенных в продольном направлении Z4 передвижного устройства 4’’, соответствующем продольному направлению корзины 1. Внешняя 4’’ подвижная стенка позволяет открывать зазор J5 между корзиной 1 и контейнером 5 при введении корзины 1 внутрь контейнера, затем снова закрывать зазор J5, сразу после помещения корзины в контейнер, что способствует, таким образом, хорошей тепловой непрерывности.

Металлическую губку 14 вставляют в пространство, находящееся между подвижными 4’ внутренними стенками и внешней 4’’ подвижной стенкой.

В дополнение или в качестве альтернативы, металлическую губку можно вставлять во все или в часть теплопередающих элементов внутренних 4’ передвижных устройств, образующих внутренние стенки, но также и во все или в часть теплопередающих элементов внешнего 4’’ передвижного устройства, образующего внешнюю подвижную стенку.

Для серии вариантов воплощения, основные функции металлической губки состоят в:

- снижении массы корзины для хранения,

- поглощении ударов за счет рассеивания энергии деформации,

- теплопередаче.

Для серии вариантов воплощения также:

- является предпочтительным, чтобы металлическая губка обладала пористостью 50-97%, например, 79-81%;

- поры заполнены газом: это может быть гелий, преимущество которого состоит в том, что он легче воздуха и успешно снижает массу корзины, или также воздух, преимущество которого состоит в том, что в его случае нет необходимости во введении специфического газа, с риском его утечки, а также азот;

- как указано в разделе «Сущность изобретения», под тонким листом понимают листовой металл, достаточно тонкий, чтобы он не ограничивал движения сжатия и/или расширения металлической губки;

- является предпочтительным, чтобы листовой металл был достаточно толстым для обеспечения поддержания упомянутой металлической губки;

- является предпочтительным, чтобы листовой металл был теплопроводным;

- контактная связь между металлической губкой и листовыми металлами, в которые она заключена, может быть типа сварного соединения, моноблочного соединения или удерживаться силой насадки: это позволяет обеспечивать хорошие тепловые характеристики;

- выигрыш в массе достигается за счет пористости металлической губки: пористость можно отрегулировать при изготовлении металлической губки, в зависимости от желаемого выигрыша в массе;

- сильный выигрыш в массе может позволить, в частности, сохранить структуру металлической губки по всей длине транспортируемого объекта, что позволяет получить ударопоглотитель, простирающийся непрерывно вокруг транспортируемого объекта, при сохранении свойств теплопереноса;

- металлическая губка может быть изготовлена из алюминия;

- тонкие листовые металлы также могут быть изготовлены из алюминия.

Дополнительно, обеспечивая противоударную защиту как можно ближе к объекту, содержащему ядерный материал, - между внешней стенкой и одной или более внутренних стенок корзины, можно получить выигрыш в защите и в массе. Дополнительно, это позволяет более надежно защищать ядерный материал от ударов и механических деформаций.

Металлическая губка, таким образом, может быть расположена в теплопередающих элементах передвижного устройства, которое может представлять собой:

- передвижное устройство встроено на уровне d’внутренняя стенка корзины для хранения, и/или

- передвижное устройство встроено на уровне внешней стенки корзины для хранения.

При использовании различных сочетаний, металлическая губка может содержаться:

- в пространстве, находящемся между фиксированной (или подвижной) внешней стенкой и одной или более внутренними стенками (фиксированными или подвижными) корзины для хранения и/или,

- в одном или более теплопередающих элементах внутренней подвижной стенки и/или,

- в одном или более теплопередающих элементах внешней подвижной стенки.

Корзина для хранения согласно изобретению, в частности, адаптирована для облученного ядерного топлива, но ее можно использовать и для свежего топлива.

Корзину для хранения согласно изобретению можно использовать в сухой или влажной среде, например, при хранении топлива в бассейне или при его введении в упаковки для транспортировки, при складировании или временном хранении в бетонных конструкциях, а также при его конечном захоронении в геологических слоях.

Различные представленные варианты воплощения можно комбинировать между собой.

Дополнительно, настоящее изобретение не ограничено ранее описанными вариантами воплощения, а распространяется на любой вариант воплощения, входящий в объем формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к конструкции корзины для хранения для транспортировки, хранения и/или складирования ядерных материалов, простирающихся в продольном направлении, и узлу для транспортировки и/или хранения ядерных материалов. Узел содержит по меньшей мере одну корзину для размещения ядерных материалов и контейнер. Корзина для хранения содержит по меньшей мере одну полость, пригодную для вмещения ядерного материала и отделенную внутренней стенкой от упомянутой корзины, внешнюю стенку по меньшей мере одну из одной или более внутренних стенок и внешнюю стенку, образованную передвижным устройством, пригодным для изменения зазоров между двумя твердыми телами. Упомянутое передвижное устройство простирается в продольном направлении и содержит по меньшей мере одну группу из нескольких теплопередающих элементов, расположенных в продольном направлении упомянутого передвижного устройства. Два соседних теплопередающих элемента могут находиться в контакте друг с другом. Каждый теплопередающий элемент обладает почти призматической формой и содержит основание, способное опираться на стенку одного из двух твердых тел, имеет нижнюю грань, верхнюю грань, а также первую и вторую боковые грани. По меньшей мере одна боковая грань снабжена средствами для обеспечения тяги упомянутого теплопередающего элемента по направлению, параллельному упомянутому основанию, для его приведения из первого положения, в котором теплопередающий элемент находится в свободном состоянии и опирается на стенку, во второе положение, в котором теплопередающий элемент отделен от стенки зазором, и наоборот. Корзина содержит металлическую губку, содержащую поры, заполненные газом. Технический результат изобретения состоит в снижении массы корзины для хранения, содержащей один или более передвижных устройств, при сохранении теплопроводности эквивалентного порядка, в обеспечении безопасности и надежности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула