система и способ хранения высокоактивных отходов

Формула изобретения

1. Вентилируемая вертикальная система для хранения высокоактивных отходов, содержащая:

внутреннюю оболочку, образующую полость, имеющую верх, дно, и по существу, вертикально сориентированную ось;

внешнюю оболочку, окружающую внутреннюю оболочку, для образования между внутренней оболочкой и внешней оболочкой пространства;

по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие формирует проход между пространством и полостью;

защитный пенал для хранения высокоактивных отходов, излучающих тепло и радиацию, при этом защитный пенал помещен в полость в, по существу, вертикальной ориентации, при этом полость имеет горизонтальное поперечное сечение, вмещающее не более одного пенала;

съемную крышку, расположенную поверх внутренней оболочки и внешней оболочки для формирования стыка крышки с внутренней оболочкой и стыка крышки с внешней оболочкой, при этом стык крышки с внутренней оболочкой выполнен с возможностью предотвращения потока воздуха, при этом в полости между пеналом и съемной крышкой образована верхняя воздушная камера, причем съемная крышка имеет по меньшей мере один впускной вентиляционный канал, формирующий проход между окружающей атмосферой и пространством, при этом съемная крышка имеет по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, формирующий проход между верхней воздушной камерой полости и окружающей атмосферой, и

средства для изоляции по меньшей мере участка пространства от теплоты внутри полости.

2. Система по п.1, в которой средства для изоляции содержат слой изоляционного материала, расположенный между полостью и пространством для окружения по меньшей мере верхней воздушной камеры полости.

3. Система по п.2, в которой слой изоляционного материала окружает полость и простирается от верха полости или его окрестности до низа полости или его окрестности.

4. Система по п.1, в которой внутренняя оболочка, внешняя оболочка, и защитный пенал имеют, по существу, цилиндрическую форму.

5. Система по п.1, дополнительно содержащая материал, поглощающий радиацию, окружающий внешнюю оболочку.

6. Система по п.5, в которой внутренняя и внешняя оболочки расположены достаточно ниже уровня земли для полного размещения пенала ниже уровня земли.

7. Система по п.5, в которой материал, поглощающий радиацию, представляет собой естественный почвенный материал или специализированный заполнитель, имеющий уровень земли, причем по меньшей мере большая часть внутренней оболочки и внешней оболочки расположена ниже уровня земли.

8. Система по п.7, дополнительно содержащая донную пластину, при этом внутренняя и внешняя оболочки расположены поверх донной пластины, а донная грань внешней оболочки объединена с донной пластиной.

9. Система по п.8, дополнительно содержащая основание, при этом донная пластина размещена поверх основания и прикреплена к нему.

10. Система по п.5, в которой участок внутренней оболочки и внешней оболочки простирается над уровнем земли, при этом система дополнительно содержит структуру, поглощающую радиацию, окружающую участок внешней оболочки, простирающийся над уровнем земли.

11. Система по п.10, в которой примерно от 1 до 3 футов внутренней оболочки и внешней оболочки простираются над уровнем земли.

12. Система по п.1, в которой по меньшей мере один впускной вентиляционный канал выполнен в виде, по существу, горизонтального прохода, простирающегося от отверстия в боковой стенке съемной крышки в пространство.

13. Система по п.12, в которой по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал выполнен в виде прохода, простирающегося от отверстия в донной поверхности съемной крышки до отверстия в верхней поверхности крышки.

14. Система по п.13, дополнительно содержащая колпачок, покрывающий отверстие в верхней поверхности съемной крышки, при этом колпачок содержит средства для обеспечения возможности выхода нагретого воздуха из полости через по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, в то же время предотвращая попадание в по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал дождевой воды.

15. Система по п.13, в которой по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал имеет изогнутую или угловую форму.

16. Система по п.13, в которой верхняя поверхность съемной крышки скошена от отверстия в верхней поверхности.

17. Система по п.1, в которой съемная крышка содержит участок пробки и участок фланца, окружающий участок пробки, при этом участок пробки простирается в полость, а участок фланца опирается сверху на внутреннюю и внешнюю оболочки.

18. Система по п.17, дополнительно содержащая первое уплотнение, расположенное между внутренней оболочкой и участком фланца съемной крышки, и второе уплотнение, расположенное между внешней оболочкой и участком фланца съемной крышки.

19. Система по п.18, в которой:

дополнительно по меньшей мере один впускной вентиляционный канал выполнен в виде горизонтального прохода, простирающегося от отверстия в боковой стенке участка фланца съемной крышки до отверстия в донной поверхности участка фланца; при этом

по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал выполнен в виде прохода, простирающегося от отверстия в донной поверхности участка пробки крышки к отверстию в верхней поверхности съемной крышки.

20. Система по п.1, в которой внутренняя оболочка и внешняя оболочка, по существу, концентричны друг другу.

21. Система по п.1, в которой пространство, образованное между внутренней оболочкой и внешней оболочкой, осесимметрично с осью полости.

22. Система по п.21, в которой пространство имеет ширину от примерно 1 до 6 дюймов.

23. Система по п.1, в которой между защитным пеналом и внутренней оболочкой существует небольшой зазор.

24. Система по п.1, в которой пенал герметично уплотнен и предназначен для сухого хранения отработавшего ядерного топлива.

25. Система по п.1, в которой съемная крышка содержит первую изогнутую пластину, имеющую выпуклую верхнюю поверхность и вогнутую нижнюю поверхность, при этом съемная крышка содержит вторую изогнутую пластину, расположенную на расстоянии ниже первой изогнутой пластины, при этом по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал образован между первой изогнутой пластиной и второй изогнутой пластиной.

26. Система по п.1, в которой съемная крышка содержит множество впускных вентиляционных каналов, при этом каждый впускной вентиляционный канал простирается от отверстия в боковой стенке съемной крышки к пространству, причем отверстия впускных вентиляционных каналов осесимметрично расположены вокруг боковой стенки съемной крышки; при этом внутренняя оболочка содержит множество отверстий на дне полости или рядом с ним, при этом отверстия осесимметрично расположены вокруг внутренней оболочки.

27. Система по п.1, дополнительно содержащая средства для поддержания пенала внутри полости так, чтобы между пеналом и дном полости существовала донная воздушная камера, при этом по меньшей мере одно отверстие в оболочке образует проход между небольшим пространством и донной воздушной камерой.

28. Система по п.1, в которой внутренняя и внешняя оболочки выполнены из металла, при этом система дополнительно содержит металлическую донную пластину, внутренняя и внешняя оболочки расположены поверх металлической донной пластины, донная грань внешней оболочки объединена с донной металлической пластиной для образования герметичного соединения.

29. Система по п.1, дополнительно содержащая:

донную пластину, при этом внутренняя и внешняя оболочки расположены поверх донной пластины, при этом донная грань внутренней оболочки герметично присоединена к донной пластине;

натуральный почвенный материал или специализированный заполнитель, окружающий внешнюю оболочку и имеющий уровень земли, при этом по меньшей мере большая часть внутренней оболочки и внешней оболочки расположена ниже уровня земли;

подземное основание, при этом донная пластина расположена поверх основания и прикреплена к нему;

средства для поддержания пенала внутри полости для образования между пеналом и донной пластиной донной воздушной камеры, при этом по меньшей мере одно отверстие во внешней оболочке образует проход между небольшим пространством и донной воздушной камерой;

первое уплотнение, расположенное между внутренней оболочкой и съемной крышкой;

при этом весь пенал расположен ниже уровня земли и участок внутренней оболочки и внешней оболочки простирается над уровнем земли, при этом структура, поглощающая радиацию, окружает участок внешней оболочки, который простирается над землей;

при этом изоляционные средства представляют собой слой изоляционного материала, расположенный между полостью и небольшим пространством, при этом слой изоляционного материала окружает полость и простирается от верха полости или его окрестности до низа полости или его окрестности; причем

съемная крышка содержит множество впускных вентиляционных каналов, каждый впускной вентиляционный канал простирается от отверстия в боковой стенке съемной крышки в пространство, при этом отверстия впускных вентиляционных каналов осесимметрично расположены по боковой стенке съемной крышки; и

при этом внутренняя оболочка содержит множество отверстий на дне полости или в его окрестности, при этом отверстия осесимметрично расположены вокруг внутренней оболочки.

30. Система по п.1, дополнительно содержащая:

кольцевой фланец, окружающий верх внешней оболочки; и

съемную крышку, дополнительно содержащую кольцевую структуру, простирающуюся от дна съемной крышки, при этом кольцевая структура по периметру окружает кольцевой фланец.

31. Система по п.1, выполненная без оборудования для нагнетания текучей среды.

32. Система для хранения высокоактивных отходов, содержащая:

внутреннюю оболочку, образующую полость для приема высокоактивных отходов, при этом полость имеет верх и дно;

внешнюю оболочку, окружающую внутреннюю оболочку для образования между внутренней оболочкой и внешней оболочкой пространства;

по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие образует проход из пространства в полость;

съемную крышку, расположенную поверх внутренней и внешней оболочек, при этом съемная крышка имеет по меньшей мере один впускной вентиляционный канал, образующий проход из окружающей атмосферы в пространство, и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, образующий проход из полости в окружающую атмосферу.

33. Способ хранения высокоактивных отходов, при котором:

(a) обеспечивают контейнер, содержащий внутреннюю оболочку, образующую полость, имеющую верх и дно, и внешнюю оболочку, концентричную внутренней оболочке и окружающую ее, для образования пространства между ними и по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие образует проход из пространства в полость;

(b) помещают пенал, содержащий высокоактивные отходы, в полость;

(c) обеспечивают съемную крышку, имеющую по меньшей мере один впускной вентиляционный канал и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал;

(d) размещают съемную крышку поверх внутренней и внешней оболочек так, чтобы по меньшей мере один впускной вентиляционный канал формировал проход от окружающей атмосферы в пространство и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал формировал проход из полости в окружающую атмосферу, при этом съемная крышка покрывает верх полости; и

(e) вводят холодный воздух в полость через по меньшей мере один впускной вентиляционный канал и пространство, при этом холодный воздух нагревается от пенала с высокоактивными отходами и выходит из полости через по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал в съемной крышке.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится в целом к области хранения высокоактивных отходов ( HLW ) и более подробно к системам и способам хранения высокоактивных отходов, таких как отработавшее ядерное топливо, в вентилируемых вертикальных блоках.

Хранение, обращение и перевозка высокоактивных отходов, таких как отработавшее ядерное топливо, требует особого внимания и соблюдения мер предосторожности. Например, при работе ядерных реакторов тепловыделяющие сборки обычно удаляются после того, как их энергия снизилась до определенного уровня. После удаления это отработавшее ядерное топливо все еще является высокорадиоактивным и производит значительное тепло, требуя большой осторожности при его упаковке, транспортировке и хранении. Для защиты окружающей среды от радиоактивного облучения отработавшее ядерное топливо сначала помещается в пенал. Заполненный пенал затем транспортируется и хранится в больших цилиндрических контейнерах, называемых «тары». Перегрузочная тара используется для транспортировки отработавшего ядерного топлива от одного места к другому, в то время как контейнер для хранения используется для хранения отработавшего ядерного топлива в течение определенного периода времени.

На типичной атомной электростанции открытый пустой пенал сначала помещается в открытую перегрузочную тару. Перегрузочная тара и пустой пенал затем погружаются в бассейн с водой. Отработавшее ядерное топливо загружается в пенал, в то время как пенал и перегрузочная тара остаются погруженными в бассейн с водой. После полной загрузки отработавшим ядерным топливом крышка, как правило, помещается наверх пенала, в то время как последний находится в бассейне. Перегрузочная тара и пенал затем удаляются из бассейна с водой, крышка пенала приваривается к нему, и крышка устанавливается на перегрузочную тару. Пенал затем тщательно осушается, разгружается от внешнего давления инертным газом и герметизируется. Перегрузочная тара (содержащая заполненный пенал) затем транспортируется к месту, где расположен контейнер для хранения. Заполненный пенал затем перемещается из перегрузочной тары в контейнер для хранения для долгосрочного хранения. В ходе перемещения из перегрузочной тары в контейнер для хранения крайне важно, чтобы заполненный пенал не контактировал с окружающей средой.

Одним из типов контейнера для хранения является вентилируемый вертикальный наружный контейнер («VVO»). Вентилируемый вертикальный наружный контейнер представляет собой массивную конструкцию, изготовленную в основном из стали и бетона, и используется для хранения пенала, заполненного отработавшим ядерным топливом (либо другим высокоактивным отходом). Вентилируемые вертикальные наружные контейнеры располагаются над землей и, как правило, имеют цилиндрическую форму и являются крайне тяжелыми, с весом более 150 тонн, и зачастую высотой более 16 футов. Вентилируемые вертикальные наружные контейнеры, как правило, имеют плоское дно, цилиндрический корпус, имеющий полость для приема пенала с отработавшим ядерным топливом, и съемную верхнюю крышку.

При использовании вентилируемого вертикального наружного контейнера для хранения отработавшего ядерного топлива пенал, заполненный отработавшим ядерным топливом, помещается в полость в цилиндрическом корпусе вентилируемого вертикального наружного контейнера. Из-за того, что отработавшее ядерное топливо все еще производит значительное количество теплоты, когда оно помещено в вентилируемый вертикальный наружный контейнер на хранение, необходимо, чтобы эта тепловая энергия могла выходить из полости вентилируемого вертикального наружного контейнера. Эта тепловая энергия удаляется с внешней поверхности пенала путем вентилирования полости вентилируемого вертикального наружного контейнера. При вентиляции полости вентилируемого вертикального наружного контейнера холодный воздух входит в камеру вентилируемого вертикального наружного контейнера через донные вентиляционные каналы, проходит вверх через заполненный пенал и выходит из вентилируемого вертикального наружного контейнера с повышенной температурой через верхние вентиляционные каналы. Донные и верхние вентиляционные каналы существующих вентилируемых вертикальных наружных контейнеров расположены по периметру около дна и верха цилиндрического корпуса вентилируемого вертикального наружного контейнера соответственно, как показано на Фиг.1.

Несмотря на то, что необходимо, чтобы полость вентилируемого вертикального наружного контейнера могла вентилироваться для того, чтобы тепло могло выходить из пенала, также крайне важно, чтобы вентилируемый вертикальный наружный контейнер обеспечивал надлежащую радиационную защиту и чтобы отработавшее ядерное топливо не находилось в прямом взаимодействии с окружающей средой. Впускной канал, расположенный около дна наружного контейнера, является особо уязвимым источником радиоактивного воздействия на наблюдающий и охраняющий персонал, который для наблюдения за заполненными наружными контейнерами должен находиться вблизи каналов в течение коротких периодов времени.

Дополнительно, когда пенал, заполненный отработавшим ядерным топливом, переводится из перегрузочной тары в вентилируемый вертикальный наружный контейнер для хранения, перегрузочная тара помещается наверх вентилируемого вертикального наружного контейнера для хранения так, чтобы пенал можно было опустить в полость вентилируемого вертикального наружного контейнера для хранения. Большинство перегрузочных тар представляют собой очень большие конструкции и могут весить до 250000 фунтов и иметь высоту 16 футов и более. Размещение перегрузочной тары наверху вентилируемого вертикального наружного контейнера/тары для хранения требует много пространства, большого мостового крана и возможно предохранительной системы для стабилизации. Зачастую такого пространства нет внутри атомной электростанции. В конечном счете, вентилируемые вертикальные наружные контейнеры для хранения располагаются над уровнем земли на расстоянии по меньшей мере 16 футов, таким образом представляя масштабную мишень для террористической атаки.

На Фиг.1 изображен традиционный вентилируемый вертикальный наружный контейнер 2 предшествующего уровня техники. Вентилируемый вертикальный наружный контейнер 2 предшествующего уровня техники содержит плоское дно 17, цилиндрический корпус 12 и крышку 14. Крышка 14 прикреплена к цилиндрическому корпусу 12 болтами 18. Болты 18 служат для предотвращения отделения крышки 14 от корпуса 12, если вентилируемый вертикальный наружный контейнер 2 предшествующего уровня техники опрокинется. Цилиндрический корпус 12 имеет верхние вентиляционные каналы 15 и донные вентиляционные каналы 16. Верхние вентиляционные каналы 15 расположены на верху цилиндрического корпуса 12 или в его окрестности, в то время как донные вентиляционные каналы 16 расположены на дне цилиндрического корпуса 12 или в его окрестности. Как донные вентиляционные каналы 16, так и верхние вентиляционные каналы 15 расположены по периметру цилиндрического корпуса 12. Весь вентилируемый вертикальный наружный контейнер 2 предшествующего уровня техники расположен над уровнем земли.

Специалистам в данной области техники понятно, что присутствие верхних вентиляционных каналов 15 и/или донных вентиляционных каналов 16 в корпусе 12 вентилируемого вертикального наружного контейнера 2 предшествующего уровня техники требует дополнительных мер предосторожности в ходе процедур загрузки для предотвращения радиоактивного излучения.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, посредством которых снижается высота блочной сборки, когда перегрузочная тара помещается наверх вентилируемого вертикального наружного контейнера для хранения.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, при котором требуется меньше вертикального пространства.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, при которых используются свойства радиационной защиты грунта в ходе хранения, в то же время обеспечивая надлежащую вентиляцию высокоактивных отходов.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, которые обеспечивают тот же или лучший уровень безопасности при работе, доступный внутри полностью сертифицированной структуры атомной электростанции.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, при которых снижаются опасности, представленные землетрясениями или прочими катастрофами, и фактически устраняется потенциальная угроза атаки на хранимый пенал, подобной атакам на Центр Международной Торговли или Пентагон.

Также задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов, обеспечивающих возможность эргономичного перевода высокоактивных отходов из перегрузочной тары в контейнер для хранения.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для хранения высокоактивных отходов под или над уровнем земли.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа хранения высокоактивных отходов, которые снижают количество радиации, выделяемой в окружающую среду.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа хранения высокоактивных отходов, которые устраняют опасность радиоактивного излучения в ходе процедур загрузки и/или последующего хранения.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа хранения высокоактивных отходов, при которых отверстия как входного, так и выходного вентиляционных каналов расположены в съемной крышке.

Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа хранения высокоактивных отходов, которые приводят к удобному производству и структуре площадки.

Эти и другие задачи удовлетворяются настоящим изобретением, которое, в некоторых воплощениях, представляет собой систему для хранения высокоактивных отходов, содержащую: внутреннюю оболочку, формирующую полость для приема высокоактивных отходов, полость, имеющую верх и дно; внешнюю оболочку, окружающую внутреннюю оболочку для образования пространства между внутренней оболочкой и внешней оболочкой; по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие формирует проход из пространства в полость; крышку, расположенную поверх внутренней и внешней оболочек, при этом крышка имеет по меньшей мере один впускной вентиляционный канал, формирующий проход из окружающей атмосферы в пространство, и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, формирующий проход из полости в окружающую атмосферу. В зависимости от конкретных требований хранения установка может быть адаптирована к хранению высокоактивных отходов либо над землей, либо под землей.

В одном воплощении изобретение представляет собой вентилируемую вертикальную систему для хранения и пассивного охлаждения высокоактивных отходов, содержащую: внутреннюю оболочку, формирующую полость, имеющую верх, дно, и по существу вертикально сориентированную ось; внешнюю оболочку, окружающую внутреннюю оболочку так, чтобы формировать пространство между внутренней оболочкой и внешней оболочкой; по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие формирует проход между пространством и полостью; защитный пенал для хранения высокоактивных отходов, излучающих тепло и радиацию, при этом защитный пенал расположен в полости в по существу вертикальной ориентации, полость имеет горизонтальное поперечное сечение, вмещающее не более одного пенала; крышку, расположенную поверх внутренней оболочки и внешней оболочки для образования стыка крышки с внутренней оболочкой и стыка крышки с внешней оболочкой, при этом стык крышки с внутренней оболочкой предназначен для предотвращения потока воздуха, верхняя воздушная камера существует в полости между пеналом и крышкой, при этом крышка имеет по меньшей мере один впускной вентиляционный канал, образующий проход между окружающей атмосферой и пространством, и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, образующий проход между верхней воздушной камерой полости и окружающей атмосферой; средства для изоляции по меньшей мере участка пространства от теплоты внутри полости.

В других воплощениях изобретение может представлять собой способ хранения высокоактивных отходов, при котором: а) обеспечивают установку, содержащую внутреннюю оболочку, образующую полость, имеющую верх и дно, внешнюю оболочку, концентричную внутренней оболочке и окружающую ее для образования между ними пространства и по меньшей мере одно отверстие во внутренней оболочке на дне полости или в его окрестности, при этом по меньшей мере одно отверстие образует проход из пространства в полость; b) помещают пенал с высокоактивными отходами в полость; с) обеспечивают крышку, имеющую по меньшей мере один впускной вентиляционный канал и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал; d) помещают крышку наверх внутренней и внешней оболочек для того, чтобы по меньшей мере один впускной вентиляционный канал формировал проход из окружающей атмосферы в пространство и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал формировал проход от полости в окружающую атмосферу; и е) вводят холодный воздух в полость через по меньшей мере впускной вентиляционный канал и пространство, при этом холодный воздух нагревается пеналом с высокоактивными отходами и выходит из полости через по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал в крышке.

В других воплощениях изобретение представляет собой крышку для использования с системой для хранения высокоактивных отходов, содержащую: корпус крышки, включающий в себя участок пробки и участок фланца; по меньшей мере один впускной вентиляционный канал, образующий проход от отверстия в боковой стенке участка фланца к отверстию в донной поверхности участка фланца; и по меньшей мере один выпускной вентиляционный канал, образующий проход от отверстия в донной поверхности участка пробки до отверстия в верхней поверхности корпуса крышки; при этом по меньшей мере один вентиляционный канал имеет такую форму, что не существует линии прямой видимости от отверстия в донной поверхности участка пробки до отверстия в верхней поверхности корпуса крышки.

Другие воплощения изобретения станут ясны специалистам в данной области техники после прочтения следующего подробного описания чертежей, где:

На Фиг.1 изображен вид сверху в перспективе вентилируемого вертикального наружного контейнера предшествующего уровня техники.

На Фиг.2 изображен вид сверху в перспективе контейнера для хранения высокоактивных отходов в соответствии с воплощением настоящего изобретения.

На Фиг.3 изображен разрез контейнера для хранения высокоактивных отходов с Фиг.2.

На Фиг.4 изображен разрез крышки в соответствии с воплощением настоящего изобретения, удаленной с контейнера для хранения высокоактивных отходов с Фиг.2.

На Фиг.5 изображен вид снизу в перспективе крышки с Фиг.4.

На Фиг.6 изображен разрез контейнера для хранения высокоактивных отходов с Фиг.2, расположенного так, чтобы хранить высокоактивные отходы под землей.

На Фиг.7 изображен вид сверху контейнера для хранения высокоактивных отходов с Фиг.6.

На Фиг.8 изображен разрез контейнера для хранения высокоактивных отходов с Фиг.6, имеющего пенал для высокоактивных отходов, помещенный в него на хранение.

На Фиг.9 изображен вид в перспективе Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива, в которой используется ряд контейнеров для хранения высокоактивных отходов в соответствии с воплощением настоящего изобретения.

На Фиг.2 изображен контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов ( HLW ), выполненный в соответствии с воплощением настоящего изобретения. Несмотря на то, что контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов будет описан с точки зрения применения в качестве контейнера для хранения отработавшего ядерного топлива, подготовленного для сухого хранения, специалистам в данной области техники очевидно, что системы и способы, описанные здесь, могут быть применены для хранения многих типов высокоактивных отходов.

Контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов выполнен как вертикальная, вентилируемая сухая система для хранения высокоактивных отходов, таких как отработавшее топливо. Контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов полностью совместим со 100 тонными и 125 тонными перегрузочными тарами для процедур транспортировки высокоактивных отходов, таких как операции по транспортировке пеналов с отработавшим топливом. В контейнере 100 для хранения высокоактивных отходов могут храниться любые типы пеналов с отработавшим топливом, предназначенные для хранения в свободно стоящих, подземных или закрепленных моделях наружных контейнеров. Подходящие пеналы включают в себя многоцелевые пеналы и теплопроводящие тары, герметично уплотненные и адаптированные под сухое хранение высокоактивных отходов, таких как отработавшее ядерное топливо. Как правило, такие пеналы содержат ячеистую колосниковую решетку/корзину или другую структуру, встроенную непосредственно в них для размещения множества отработавших топливных стержней в разнесенном соотношении. Пример пенала, подходящего для использования в настоящем изобретении, описан в Патенте США 5898747, автор Krishna Singh, выданном 27 апреля 1999 года, которой полностью приведен здесь в качестве ссылки.

Контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов может быть модифицирован/выполнен так, чтобы совмещаться с любым типом или видом перегрузочной тары. Контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов может также быть выполнен для приема пеналов с отработавшим топливом на хранение в Автономных Станциях для Хранения Отработавшего топлива ( ISFSI ). Автономные станции для хранения отработавшего топлива, в которых используются контейнеры 100 для хранения высокоактивных отходов, могут предназначаться для вмещения любого числа контейнеров 100 для хранения высокоактивных отходов по требованию. В автономных станциях для хранения отработавшего топлива, в которых применяется множество контейнеров 100 для хранения высокоактивных отходов, каждый контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов работает полностью независимо от любого другого контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов в автономной станции для хранения отработавшего топлива.

Контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов содержит участок 20 корпуса и крышку 30. Участок 20 корпуса содержит донную пластину 50. Донная пластина 50 имеет множество крепежных элементов 51, установленных на нее, для крепления контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов к основанию, полу или другой стабилизационной структуре/фундаменту. Крышка 30 расположена сверху и может быть снята/отсоединена от участка 20 корпуса (т.е. комбинация не является единой структурой). Как будет описано ниже более подробно, контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов может быть адаптирован для использования в надземной или подземной системе хранения.

На Фиг.3 показан участок 20 корпуса, содержащий внешнюю оболочку 21 и внутреннюю оболочку 22. Внешняя оболочка 21 окружает внутреннюю оболочку 22, при этом между ними образуется небольшое пространство 23. Внешняя оболочка 21 и внутренняя оболочка 22 имеют по существу цилиндрическую форму и концентричны друг с другом. В результате пространство 23 представляет собой кольцевое пространство. Несмотря на то, что форма внутренней и внешней оболочек 22, 21 является цилиндрической в показанном воплощении, оболочки могут иметь любую форму, включая, без ограничения, прямоугольную, коническую, восьмиугольную или неправильную формы. В некоторых воплощениях внутренняя и внешняя оболочки 22, 21 не будут сориентированы концентрически.

Как будет описано ниже более подробно, пространство 23, образованное между внутренней оболочкой 22 и внешней оболочкой 21, выполняет функцию прохода для холодного воздуха. Точная ширина пространства 23 для любого контейнера 100 для хранения отходов определяется в зависимости от конструкции, принимая во внимания такие факторы, как тепловая нагрузка высокоактивных отходов, подлежащих хранению, температура холодного окружающего воздуха, и желаемые гидродинамические свойства. В некоторых воплощениях ширина пространства 23 будет в диапазоне от 1 до 6 дюймов. Несмотря на то, что ширина пространства 23 может изменяться по окружности, может быть желательно сконструировать такой контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов, чтобы ширина пространства 23 была по существу постоянной для осуществления симметричного охлаждения контейнера для высокоактивных отходов и равномерного потока входящего воздуха.

Внутренняя оболочка 22 и внешняя оболочка 21 прикреплены поверх донной пластины 50. Донная пластина 50 имеет квадратную форму, но может иметь любую другую желаемую форму. Множество разделителей 27 прикреплено наверх донной пластины 50 внутри пространства 23. Разделители 27 выполняют функцию направляющих в ходе помещения внутренней и внешней оболочек 22, 21 наверх донной пластины 50 и обеспечивают то, что целостность пространства 23 сохраняется на протяжении срока службы контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов. Разделители 27 могут быть изготовлены из низкоуглеродистой стали или иного материала и приварены к донной пластине 50.

Предпочтительно, внешняя оболочка 21 герметично присоединена к донной пластине 50 во всех точках контакта, таким образом герметично уплотняя контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов от проникновения текучих сред через эти соединения. В случае свариваемых металлов это герметичное соединение может содержать сварку или использование прокладок. Более предпочтительно, внешняя оболочка 21 полностью приварена к донной пластине 50.

Кольцевой фланец 77 расположен вокруг верха внешней оболочки 21 для придания жесткости внешней оболочке 21 для того, чтобы она не выпучивалась или существенно не деформировалась в нагруженном состоянии. Кольцевой фланец 77 может быть полностью приварен к верху внешней оболочки 21.

Внутренняя оболочка 22 удерживается в боковом направлении и относительно вращения в горизонтальной плоскости на дне посредством разделителей 27 и опорных блоков 52. Внутренняя оболочка 22 предпочтительно не приварена или иным образом не прикреплена к донной пластине 50 или внешней оболочке 21 для обеспечения ее удобного удаления для ее списания и, если потребуется, для технического обслуживания. Донная грань внутренней оболочки 22 оборудована трубчатой направляющей (не показано), что также придает гибкость для обеспечения возможности расширения внутренней оболочки 22 от ее контакта с воздухом, нагретым пеналом в полости 24, без оказания чрезмерной направленной вверх силы на крышку 30.

Внутренняя оболочка 22, внешняя оболочка 21, донная пластина 50 и кольцевой фланец 77 предпочтительно состоят из металла, такого как низкоуглеродистая сталь, но могут быть изготовлены из других материалов, таких как нержавеющая сталь, алюминий, алюминиевые сплавы, пластмассы и тому подобное. Подходящие низкоуглеродистые стали включают в себя, без ограничений, ASTM (Американское общество по испытанию материалов) A516, Марка 70, A515, Марка 70 или равноценные стали. Желаемая толщина внутренней и внешней оболочек 22, 21 зависит от конструкции и определяется в зависимости от конкретного случая. Однако в некоторых воплощениях внутренняя и внешняя оболочки 22, 21 будут иметь толщину от S до 3 дюймов.

Внутренняя оболочка 22 образует полость 24, имеющую по существу вертикально сориентированную центральную ось. Размер и форма полости 24 не ограничены настоящим изобретением. Однако предпочтительно, чтобы внутренняя оболочка 22 выбиралась так, чтобы полость 24 имела размер и форму такие, чтобы она могла принимать пенал с отработавшим ядерным топливом или иными высокоактивными отходами. Несмотря на то, что для осуществления изобретения это не обязательно, предпочтительно, чтобы размер горизонтального поперечного сечения и форма полости 24 были такими, чтобы по существу соответствовать размеру горизонтального поперечного сечения и форме пенала, который предполагается использовать в данном контейнере 100 для хранения высокоактивных отходов. Более подробно, желательно, чтобы размер и форма полости 24 были такими, чтобы когда пенал, содержащий высокоактивные отходы, располагался внутри полости 24 для хранения (как показано на Фиг.8), между внешними боковыми стенками пенала и боковыми стенками полости 24 существовал небольшой зазор. Горизонтальное поперечное сечение полости 24 предпочтительно вмещает не более одного пенала с отработавшим топливом.

Конструкция полости 24, при которой небольшой зазор образуется между боковыми стенками хранимого пенала и боковыми стенками полости 24, ограничивает количество возможного перемещения пенала внутри полости в случае катастрофы, таким образом сводя к минимуму вред, наносимый пеналу и стенкам полости, и предохраняя пенал от переворачивания внутри полости. Этот небольшой зазор также способствует потоку нагретого воздуха в ходе охлаждения высокоактивных отходов. Точный размер зазора может регулироваться/иметь такую величину, чтобы достигать желаемых гидродинамических свойств и теплопроводящей способности для любой конкретной ситуации. В некоторых воплощениях, например, зазор может составлять от 1 до 3 дюймов. Небольшой зазор также снижает распространение радиации.

Внутренняя оболочка 22 также оборудована равномерно разнесенными продольными ребрами (не показано) на высоте, выровненной с верхом пенала с высокоактивными отходами, содержащегося в полости 24. Эти ребра обеспечивают средства для направления пенала с высокоактивными отходами, содержащегося в полости 24, для правильного опирания пенала сверху на опорные блоки 52. Ребра также служат для ограничения бокового перемещения пенала в ходе землетрясения либо другой катастрофы до долей дюйма.

Множество отверстий 25 выполнено во внутренней оболочке 22 на дне или в его окрестности. Отверстия 25 обеспечивают проход между кольцевым пространством 23 и дном полости 24. Отверстия 25 обеспечивают проходы, по которым текучая среда, такая как воздух, может проходить из кольцевого пространства 23 в полость 24. Отверстия 25 используются для способствования входу холодного окружающего воздуха в полость 24 для охлаждения содержащихся в ней высокоактивных отходов, имеющих тепловую нагрузку. В показанном воплощении выполнено шесть отверстий 25. Однако может быть выполнено любое количество отверстий 25. Точное количество будет зависеть от конкретного случая и будет продиктовано такими условиями, как тепловая нагрузка высокоактивных отходов, желаемые гидродинамические свойства и т.д. Более того, несмотря на то, что отверстия 25 показаны как расположенные в боковой стенке внутренней оболочки 22, отверстия 25 могут быть выполнены в донной пластине 50 в определенных модифицированных воплощениях контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов.

В некоторых воплощениях отверстия 25 будут симметрично расположены вокруг дна внутренней оболочки 22 в окружной ориентации так, чтобы охлаждающий воздух, проходящий вниз по кольцевому пространству 23, входил в полость 24 симметричным образом. Другими словами, отверстия 25 расположены симметрично относительно оси вокруг внутренней оболочки 24.

Слой изоляции 26 расположен вокруг внешней поверхности внутренней оболочки 22 внутри кольцевого пространства 23. Изоляция 26 выполнена для минимизирования нагрева входящего охлаждающего воздуха в пространстве 23 до его попадания в полость 24. Изоляция 26 помогает обеспечить то, что нагретый воздух, проходящий около пенала, расположенного в полости 24, вызывает минимальный предварительный нагрев нисходящего холодного воздуха в кольцевом пространстве 23. Изоляция 26 предпочтительно подбирается так, чтобы она обладала сопротивлением от воды и радиации и не распадалась от случайного намокания. Подходящие формы изоляции включают в себя, без ограничения, покрытия из алюмосиликатной огнеупорной глины (Покрытие Kaowool), оксиды алюминия и кремния (Покрытие Kaowool S), алюминиево-силикатно-циркониевое волокно (Cerablanket), и алюминиево-силикатно-хромное покрытие (Cerachrome). Желаемая толщина слоя изоляции 26 зависит от конструкции и будет продиктована такими параметрами, как тепловая нагрузка высокоактивных отходов, толщина оболочек и тип используемой изоляции. В некоторых воплощениях изоляция будет иметь толщину в диапазоне от S до 6 дюймов. В некоторых воплощениях лишь участок высоты полости может быть окружен изоляцией 26. В таких воплощениях предпочтительно, чтобы по меньшей мере верхняя воздушная камера была изолирована от кольцевого пространства 23.

Множество опорных блоков 52 расположены на дне (образованном донной пластиной 50) полости 24. Опорные блоки 52 расположены на дне полости 24 для того, чтобы пенал, содержащий высокоактивные отходы, такие как отработавшее ядерное топливо, мог быть помещен на них. Опорные блоки 52 разнесены по окружности друг от друга и расположены между каждым из отверстий 25 около шести секторов внутренней оболочки 22, которые контактируют с донной пластиной 50. Когда пенал, содержащий высокоактивные отходы, загружается в полость 24 для хранения, донная поверхность пенала опирается на опорные блоки 52, формируя камеру для входящего воздуха между донной поверхностью пенала с высокоактивными отходами и дном полости 24. Эта камера для входящего воздуха способствует потоку текучей среды и надлежащему охлаждению пенала.

Опорные блоки 52 могут быть изготовлены из низкоуглеродистой стали и предпочтительно приварены к дну полости 24. В некоторых воплощениях верхние поверхности опорных блоков 52 выполнены с облицовкой из нержавеющей стали, так что пенал с высокоактивными отходами не опирается на поверхность углеродистой стали. Другие подходящие конструкционные материалы для опорных блоков 52 включают в себя, без ограничения, железобетон, нержавеющую сталь, пластмассы и прочие металлические сплавы. Опорные блоки 52 также выполняют функцию поглощения энергии/удара. В некоторых воплощениях опорные блоки 52 предпочтительно имеют форму ячеистой решетки, например, как блоки, изготавливаемые Hexcel Corp., Калифорния, США.

Крышка 30 опирается наверх и поддерживается верхними гранями внутренней и внешней оболочек 22, 21. Крышка 30 может быть снята с внутренней и внешней оболочек 22, 21 и не образует с ними единой структуры. Крышка 30 закрывает верх полости 24 и обеспечивает необходимую радиационную защиту так, что радиация не может выходить сверху из полости 24, когда пенал, загруженный высокоактивными отходами, хранится в ней. Крышка 30 специально выполнена так, чтобы способствовать как введению холодного воздуха в пространство 23 (для последующего ввода в полость 24), так и для высвобождения нагретого воздуха из полости 24. В некоторых воплощениях изобретение представляет собой собственно крышку, независимо от всех прочих объектов контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов.

На Фиг.4 и 5 подробно изображена крышка 30 в соответствии с воплощением настоящего изобретения. В некоторых примерах крышка 30 представляет собой стальную структуру, заполненную экранизирующим бетоном. Крышка 30 предпочтительно имеет такую конструкцию, чтобы удовлетворять ряду рабочих целей.

На Фиг.4 показан вид сверху в перспективе крышки 30, снятой с участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов. Для обеспечения требуемой защиты от радиации крышка 30 выполнена из комбинации низкоуглеродистой стали и бетона. Более подробно, в конструкции одного воплощения крышки 30 предусмотрена стальная обшивка, заполненная бетоном (или другим материалом, поглощающим радиацию). В других воплощениях крышка 30 может состоять из широкого разнообразия материалов, включая, без ограничения, металлы, нержавеющую сталь, алюминий, алюминиевые сплавы, пластики и тому подобное. В некоторых воплощениях крышка может состоять из одного куска материала, такого как бетон или сталь, например.

Крышка 30 содержит участок 31 фланца и участок 32 пробки. Участок 32 пробки простирается вниз от участка 31 фланца. Участок 31 фланца окружает участок 32 пробки, простираясь от него в радиальном направлении. Множество впускных вентиляционных каналов 33 выполнено в крышке 30. Впускные вентиляционные каналы 33 расположены по периметру вокруг крышки 30. Каждый впускной вентиляционный канал 30 обеспечивает проход от отверстия 34 в боковой стенке 35 к отверстию 36 в донной поверхности 37 участка 31 фланца.

Множество выпускных вентиляционных каналов 38 выполнено в крышке 30. Каждый выпускной вентиляционный канал 38 образует проход от отверстия 39 в донной поверхности 40 участка 32 пробки до отверстия 41 в верхней поверхности 42 крышки 30. Колпачок 43 расположен над отверстием 41 для предотвращения попадания дождевой воды или прочих загрязнений в выпускные вентиляционные каналы 38 и их закупоривания. Колпачок 43 прикреплен к крышке 30 болтами 70 или при помощи других подходящих соединений, включая, но не ограничиваясь, сварку, зажатие, посадку с натягом, завинчивание и т.д.

Колпачок 43 предназначен для предотвращения попадания дождевой воды и прочих загрязнений в отверстие 41, в то же время позволяя нагретому воздуху, входящему в отверстие 41, выходить из него. В одном воплощении это может быть достигнуто путем обеспечения множества небольших отверстий (не показано) в стенке 44 колпачка 43 сразу под свисающей частью крыши 45 колпачка. В других воплощениях этого можно достичь посредством негерметичного соединения крыши 45 колпачка 43 со стенкой 44 и/или изготовления колпачка 43 (или его участков) из материала, сквозь который может проникать только газ. Отверстие 41 расположено в центре крышки 30.

Путем расположения как впускных вентиляционных каналов 33, так и выпускных вентиляционных каналов 38 в крышке 30 не существует утечки радиации в бок в ходе опускания или подъема пенала с высокоактивными отходами в полости 24 в течение операций загрузки и выгрузки. Таким образом, необходимость в защитной блокировке, которая необходима в некоторых вертикальных вентилируемых наружных контейнерах предшествующего уровня техники, устраняется. Как впускные вентиляционные каналы 33, так и выпускные вентиляционные каналы 38 предпочтительно расположены симметрично (т.е. симметрично относительно оси по периметру крышки), так что воздушное охлаждение системы не ухудшается от изменения горизонтального направления ветра. Более того, расположение отверстий 34 впускных вентиляционных каналов 33 по периметру крышки 30 и отверстия 40 для выпускных каналов 38 наверху центральной оси крышки позволяет по существу устранить смешивание входящего потока холодного воздуха и выходящего потока теплого воздуха.

Для дополнительного предотвращения попадания дождевой воды и прочих загрязнений в отверстие 41 верхняя поверхность 42 крышки 30 изогнута и скошена от отверстия 41 (т.е. вниз и наружу). Расположение отверстия 41 вдали от отверстий 34 помогает предотвратить вовлечение нагретого воздуха, выходящего через выпускные вентиляционные каналы 38, обратно во впускные вентиляционные каналы 33. Верхняя поверхность 42 крышки 30 (выполняющая функцию крыши) свисает за боковую стенку 35 участка 31 фланца, таким образом помогая предотвратить попадание дождевой воды и прочих загрязнений во впускные вентиляционные каналы 33. Свисающая часть также помогает предотвратить перемешивание потоков холодного и нагретого воздуха. Изогнутая форма также повышает грузоподъемность крышки 30 таким образом, что изогнутый пучок имеет значительно большую грузоподъемность, чем прямой аналог.

Выпускные вентиляционные каналы 38 специальным образом изогнуты так, чтобы через них не проходила линия прямой видимости. Это предотвращает существование линии прямой видимости от окружающего воздуха до пенала с высокоактивными отходами, загруженного в контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов, таким образом исключая распространение радиации в окружающую среду. В других воплощениях выпускные вентиляционные каналы могут быть загнуты или достаточно отклонены так, чтобы не существовало линии прямой видимости. Впускные вентиляционные каналы 33 имеют по существу горизонтальную ориентацию. Однако форма и ориентация впускных и выпускных вентиляционных каналов 33, 38 может быть изменена.

Впускные и выпускные вентиляционные каналы 33, 38 состоят из отформованных и воздуховодных насадок (т.е. поверхностей вращения), которые отвечают трем основным конструкторским задачам. Во-первых, изогнутая форма впускных и выпускных вентиляционных каналов (33, 38) устраняет любую прямую линию видимости от полости 24 и служит эффективным средством для рассеивания фотонов, истекающих из высокоактивных отходов. Во-вторых, изогнутые стальные пластины 78, которые формируют выпускные вентиляционные проходы 38, значительно повышают грузоподъемность крышки 30 так, что изогнутый пучок обладает значительно большей боковой грузоподъемностью, чем прямой аналог. Данная особенность конструкции является ценным атрибутом, если для отдельной Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива необходимо осуществить сценарий удара, не предусмотренный проектом, с образованием больших и энергетических летящих предметов. В-третьих, изогнутый характер впускных вентиляционных каналов 33 обеспечивает минимальные потери давления в потоке охлаждающего воздуха, в результате чего вентиляция более интенсивная.

В некоторых воплощениях может быть предпочтительно оборудовать экраны, покрывающие все отверстия во впускных и выпускных вентиляционных каналах 33, 38 для предотвращения попадания в полость 24 или вентиляционные каналы 33, 38 грязи, насекомых или маленьких животных.

На Фиг.5 показана крышка 30, дополнительно содержащая первую герметизирующую прокладку 46 и вторую герметизирующую прокладку 47 на донной поверхности 37 участка 31 фланца. Прокладки 46, 47 предпочтительно состоят из радиационностойкого материала. Когда крышка 30 расположена поверх участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов (как показано на Фиг.3), первая герметизирующая прокладка 46 зажимается между донной поверхностью 37 участка 31 фланца крышки 30 и верхней гранью внутренней оболочки 22, таким образом формируя уплотнение. Подобным образом, когда крышка 30 располагается поверх участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, вторая герметизирующая прокладка 47 зажимается между донной поверхностью 37 участка 31 фланца крышки 30 и верхней гранью внешней оболочки 21, таким образом образуя второе уплотнение.

Контейнерное кольцо 48 оборудовано на донной поверхности 35 участка 31 фланца. Контейнерное кольцо 48 предназначено для прохождения вниз от донной поверхности 35 и для окружения по периметру внешней поверхности верха внешней оболочки 22 и ее зацепления, когда крышка 30 расположена поверх участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, как показано на Фиг.3.

Со ссылкой на Фиг.3 ниже будет описано взаимодействие элементов крышки 30 и элементов участка 20 корпуса. Когда крышка 30 правильно расположена поверх участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов (например, в течение хранения пенала, заполненного высокоактивными отходами), участок 32 пробки крышки 30 опускается в полость 24 до тех пор, пока участок 31 фланца крышки 30 не войдет в контакт и не обопрется сверху на внутреннюю оболочку 22 и фланцевое кольцо 77. Участок 31 фланца устраняет опасность падения крышки 30 в полость 24.

Когда крышка 30 расположена поверх участка 20 корпуса, первая и вторая герметизирующие прокладки 46, 47 соответственно зажаты между участком 31 фланца крышки 30 и верхними гранями внутренней и внешней оболочек 22, 21, таким образом формируя герметично уплотненные стыки. Первая прокладка 46 обеспечивает принудительное уплотнение на стыке крышки и внутренней оболочки, препятствуя перемешиванию потока холодного воздуха, входящего через кольцевое пространство 23, и потока теплого воздуха, выходящего сверху полости 24. Вторая прокладка 47 обеспечивает уплотнение на стыке крышки и внешней оболочки, обеспечивая защиту от паводковых вод, которые могут подняться выше фланцевого кольца 77.

Контейнерный фланец 48 окружает и зацепляет по окружности фланцевое кольцо 77. Фланцевое кольцо 77 удерживает крышку 30 от горизонтального перемещения даже во время землетрясения, что предусмотрено конструкцией. При таком зацеплении крышка 30 удерживает наверху внутренней оболочки 22 от бокового, осевого перемещения. Крышка 30 также придает устойчивость, форму и надлежащее выравнивание/ориентацию внутренней и внешней оболочкам 22, 21.

Протяженность участка 32 пробки крышки 30 в камеру 24 помогает снизить общую высоту контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов. Благодаря тому, что участок 32 пробки выполнен из стали, заполненной бетоном для защиты от радиоактивных излучений, участок 32 пробки блокирует выход направленной к небу радиации, исходящей из пенала с высокоактивными отходами, в окружающую среду. Высота участка 32 пробки такова, что если крышка 30 нечаянно упадет в ходе обращения с ней, она не будет контактировать с верхом пенала с высокоактивными отходами, хранимого в полости. Это также создает участок выпускной воздушной камеры полости 24 между пеналом и дном крышки 30, как описано выше.

Когда крышка 30 расположена поверх участка 20 корпуса, впускные вентиляционные каналы 33 пространственно взаимодействуют с пространством 23, образованным между внутренней и внешней оболочками 22, 21. Выпускные вентиляционные каналы 38 пространственно взаимодействуют с полостью 24. В результате холодный окружающий воздух может входить в контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов через впускные вентиляционные каналы 33, протекать в пространство 23 и в дно полости 24 через отверстия 25. Когда пенал, содержащий высокоактивные отходы, имеющие тепловую нагрузку, помещен внутрь камеры 24, этот холодный воздух нагревается пеналом с высокоактивными отходами, поднимается внутри полости 24 и выходит из полости 24 через выпускные каналы 38.

Благодаря тому, что отверстия 34 (наилучшим образом показанные на Фиг.4) впускных вентиляционных каналов 33 простираются по периметру крышки 30, гидравлическое сопротивление входящему потоку воздуха, являющееся обычным ограничением в вентилируемых блоках, минимизируется. Расположение отверстий 34 впускных вентиляционных каналов 33 по окружности также приводит к тому, что впускные вентиляционные каналы 33 менее подвержены полной блокировке даже при самых экстремальных природных явлениях, при которых возникает большое количество загрязнений. Подобная минимизация сопротивления потоку воздуха присуща конструкции выпускных вентиляционных каналов 38 для выхода воздуха.

Как отмечено выше, контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов может быть предназначен для хранения высокоактивных отходов либо над уровнем земли, либо под землей. При адаптации к надземному хранению высокоактивных отходов контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов будет дополнительно содержать поглощающую радиацию структуру/корпус, окружающий участок 20 корпуса. Структура, поглощающая радиацию, будет состоять из такого материала и иметь такую толщину, чтобы радиация, испускаемая из пенала с высокоактивными отходами, в достаточной степени абсорбировалась/поглощалась. В некоторых воплощениях структура, поглощающая радиацию, может представлять собой монолитный бетон. Более того, в некоторых воплощениях внешняя оболочка может быть образована внутренней стенкой непосредственно структуры, поглощающей радиацию.

Со ссылкой на Фиг.6 и 7 будет описана адаптация и использование контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов для хранения высокоактивных отходов под землей в Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива или в другом месте в соответствии с воплощением настоящего изобретения.

Со ссылкой на Фиг.6 сначала в земле выкапывается яма в желаемом месте на Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива на желаемую глубину. После того как яма была выкопана и ее дно выровнено должным образом, основание 61 помещается на дно ямы. Основание 61 представляет собой упрочненную бетонную плиту, способную удовлетворять сочетаниям нагрузок известных промышленных стандартов, таких как ACI-349. Однако в некоторых воплощениях в зависимости от предполагаемой нагрузки и/или от свойств грунта в использовании основания может не быть необходимости. Основание 61 предназначено для соответствия определенным структурным критериям и для предотвращения длительного оседания и физического распада от агрессивного воздействия материалов в окружающей породе.

После правильного размещения основания 61 в яме контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов опускается в яму в вертикальной ориентации до тех пор, пока он не обопрется сверху на основание 61. Донная пластина 50 контактирует с верхней поверхностью основания 61 и опирается на нее сверху. Донная пластина 50 затем крепится к основанию 61 посредством крепежей 51 для предотвращения дальнейшего перемещения контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов относительно основания 61.

Яма предпочтительно копается так, чтобы когда контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов располагался в ней, по меньшей мере большая часть внутренней и внешней оболочек 22, 21 располагались ниже уровня земли 62. Наиболее предпочтительно яма выкапывается так, чтобы лишь от 1 до 4 футов внутренней и внешней оболочек 22, 21 располагались выше уровня земли 62, когда контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов опирается наверх основания 61 в вертикальной ориентации. В некоторых воплощениях яма может быть выкопана достаточно глубоко для того, чтобы верхние грани внутренней и внешней оболочек 22, 21 были выровнены с уровнем земли 62. В показанном воплощении около 32 дюймов внутренней и внешней оболочек 22, 21 выступают над уровнем земли 62.

Подходящее консервирующее вещество, такое как угольная эпоксидная смола или тому подобное, может быть нанесено на открытые поверхности внешней оболочки 21 и донной пластины 50 для обеспечения герметизации, для снижения разложения материалов и для защиты от пожара и проникновения подземных жидкостей. Подходящая угольная эпоксидная смола производится Компанией Carboline, Сэйнт-Льюс, Миссури под маркой Bitumastic 300M. В некоторых воплощениях может быть также предпочтительным покрывать все поверхности внутренней оболочки 22 и внешней оболочки 21 консервирующим веществом даже несмотря на то, что эти поверхности непосредственно не подвержены воздействию окружающей среды.

После того как контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов был помещен на основание 61 в вертикальной ориентации, почва 60 засыпается в пространство ямы, окружающее контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов, таким образом заполняя яму почвой 60 и засыпая большую часть встроенной структуры 100 для хранения высокоактивных отходов. Несмотря на то, что в данном примере почва 60 заполняет яму и окружает контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов, может быть использован любой подходящий специализированный заполнитель, отвечающий экологическим и защитным требованиям. Другие подходящие специализированные заполнители включают в себя, без ограничений, гравий, щебень, бетон, песок и тому подобное. Более того, желаемый специализированный заполнитель может быть подан в яму при помощи любых подходящих средств, включая ручной способ, разгрузку навалом и тому подобное.

Почва 60 подается в яму до тех пор, пока почва 60 не будет окружать контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов и не заполнит яму до уровня, где почва 60 примерно выровнена с уровнем земли 62. Почва 60 находится в непосредственном контакте с внешними поверхностями контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, которые расположены ниже уровня земли.

Структура, поглощающая радиацию, такая как бетонная подушка 63, выполнена вокруг части внешней оболочки 21, которая выступает над уровнем земли 62. Кольцевой фланец 77 внешней оболочки 21 опирается сверху на верхнюю поверхность бетонной подушки 63. Бетонная подушка 63 имеет такую конструкцию, что она способна обеспечить необходимую защиту от радиации для участка контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, который выступает от земли. Верхняя поверхность подушки 63 также обеспечивает поверхность для проезда гусеничной машины для транспортировки тары (или другого устройства для транспортировки перегрузочной тары) в ходе операции по перегрузке высокоактивных отходов. Почва 60 обеспечивает защиту от радиации для участков контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, которые находятся ниже уровня земли. Подушка 63 также выполняет функцию барьерной мембраны от просачивания под действием силы тяжести дождевой или паводковой воды вокруг подземного участка контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов.

Вид сверху бетонной подушки 63 показан на Фиг.7. Несмотря на то, что подушка 63 предпочтительно изготовлена из упрочненного бетона, подушка 63 может быть изготовлена из любого материала, подходящего для надлежащего абсорбирования/поглощения радиации, излучаемой высокоактивными отходами, хранимыми в полости 24.

Со ссылкой на Фиг.6, когда контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов предназначен для хранения высокоактивных отходов под землей и крышка 30 удалена, контейнер 100 представляет собой цилиндрический сосуд с закрытым дном, открытым верхом и толстыми стенками, который не имеет каких-либо отверстий или проходов ниже уровня земли. Таким образом, грунтовые воды не имеют прохода для попадания в камеру 24. Подобным образом любая вода, которая может попасть в полость 24 через впускные и выпускные вентиляционные каналы 33, 38, в крышке 30 не будет вытекать сама по себе.

После помещения бетонной подушки 63 на место крышка 30 помещается наверх внутренней и внешней оболочек 22, 21, как описано выше. Благодаря тому, что крышка 30, которая включает в себя отверстия впускного и выпускного вентиляционных каналов 33, 38, выходящие в окружающую среду, расположена над уровнем земли, горячий пенал с высокоактивными отходами может храниться в полости 24 ниже уровня земли, в то же время обеспечивая возможность надлежащей вентиляции пенала для отвода теплоты.

Теперь со ссылкой на фиг.8 будет описан процесс хранения пенала 90, заполненного высокоактивными отходами, в контейнере 100 для хранения высокоактивных отходов ниже уровня земли. После удаления из бассейна с отработавшим топливом пенал 90 обрабатывается для сухого хранения, что включает в себя высушивание внутреннего объема пенала 90 до желаемого уровня сухости, заполнение пенала 90 инертным газом и герметичное уплотнение пенала 90 поле этого. Герметизированный пенал 90 затем перевозится в перегрузочной таре. Перегрузочная тара переносится ленточной машиной к желаемому контейнеру 100 для хранения высокоактивных отходов для помещения в него. Несмотря на то, что в качестве примера приведена ленточная машина, могут быть использованы любые подходящие средства транспортировки перегрузочной тары. Например, может быть использован любой подходящий тип грузозахватного приспособления, такой как, без ограничений, козловой кран, мостовой кран или другое крановое приспособление.

При подготовке желаемого контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов к приему пенала 90 крышка 30 удаляется так, что полость 24 открывается. Ленточная машина располагает перегрузочную тару над подземным контейнером 100 для хранения высокоактивных отходов. После надлежащего крепления перегрузочной тары к верху подземного контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов донная пластина перегрузочной тары удаляется. При необходимости, подходящее сопрягающее устройство может быть использовано для закрепления соединения перегрузочной тары с контейнером 100 для хранения высокоактивных отходов и для отвода донной пластины перегрузочной тары в положение, не составляющее препятствия. Такие сопрягающие устройства хорошо известны в данной области техники и часто используются при транспортировке пеналов.

Пенал 90 затем опускается при помощи ленточной машины из перегрузочной тары в полость 24 до тех пор, пока донная поверхность пенала 90 не войдет в контакт и не обопрется сверху на опорные блоки 52, как описано выше. Когда пенал опирается на опорные блоки 52, большая часть пенала находится под землей. Наиболее предпочтительно, весь пенал 90 находится под землей в положении хранения. Таким образом, контейнер 100 для хранения высокоактивных отходов обеспечивает полностью подземное хранение пенала 90 в вертикальной конфигурации внутри полости 24. В некоторых воплощениях верхняя поверхность подушки 63 может рассматриваться как уровень земли в зависимости от размера, свойств радиационной защиты и взаимодействия с другими блоками для хранения в Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива.

После того как пенал 90 был помещен в полость 24 и был расположен в ней надлежащим образом, крышка 30 помещается наверх участка 20 корпуса контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов, как описано выше со ссылкой на Фиг.3, таким образом, по существу, закрывая полость 24. Камера для входящего воздуха находится под пеналом 90, в то время как камера для выходящего воздуха находится над пеналом 90. Камера для выходящего воздуха служит для увеличения вытягивания нагретого воздуха из контейнера 100 для хранения высокоактивных отходов.

Крышка 31 затем закрепляется на месте посредством болтов, которые простираются в бетонную подушку 63. В результате испускания теплоты от пенала 90 холодный воздух из окружающей среды накачивается через впускные вентиляционные каналы 33, проходит через пространство 23 и ко дну полости 24 через отверстия 25. Этот холодный воздух затем нагревается теплотой от пенала 90, поднимается в полость 24 через зазор между пеналом 90 и внутренней оболочкой 22 и затем выходит из полости 24 как нагретый воздух через выпускные вентиляционные каналы 38 в крышке 30.

Система для подземного хранения в соответствии с настоящим изобретением представляет собой исключительно пассивную систему охлаждения, в которой не применяется какого-либо оборудования для нагнетания текучей среды, например, такого, как системы охлаждения по замкнутому контуру, воздухоохладители и т.д.

В одной Автономной Станции для Хранения Отработавшего Топлива может быть использовано множество контейнеров 100 для хранения, и они могут быть расположены в ряды, как показано на Фиг.9. Несмотря на то, что контейнеры 100 для хранения высокоактивных отходов расположены близко друг к другу, данная конструкция обеспечивает независимый доступ и извлечение пенала, хранимого в каждом из контейнеров 100 для хранения высокоактивных отходов.

Несмотря на то, что изобретение было описано и проиллюстрировано достаточно подробно для того, чтобы специалисты в данной области техники могли с легкостью воплотить и использовать его, очевидны различные изменения, модификации и усовершенствования, которые не нарушают сущности и пределов изобретения.