Устройство, система и способ хранения высокоактивных отходов

Устройство, система и способ хранения высокоактивных отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Ссылка на сопутствующие заявки

В настоящей заявке испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США 60/818,100, поданной 30 июня 2006 года, и по предварительной заявке на патент США 60/837,956, поданной 16 августа 2006 года, которые полностью включены в настоящее описание путем отсылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройствам, системам и способам транспортировки, поддержки и/или хранения высокоактивных отходов и, более конкретно, к контейнерам и компонентам контейнеров для транспортировки, поддержки и/или хранения радиоактивных материалов, таких как отработанное ядерное топливо.

Уровень техники

При работе ядерных реакторов обычной практикой является извлечение топливных сборок после того, как их энергия истощится до определенного уровня. После извлечения это отработанное ядерное топливо остается высокорадиоактивным и создает значительное количество теплоты, что требует большого внимания при его упаковке, транспортировке и хранении. Более конкретно, отработанное ядерное топливо выделяет чрезвычайно опасные нейтроны (нейтронное излучение) и гамма-кванты (гамма-излучение). Выход этих нейтронов и гамма-квантов на всех этапах транспортировки и хранения отработанного ядерного топлива обязательно необходимо предотвращать. Кроме того, обязательно необходимо отводить от отработанного ядерного топлива исходящую от него остаточную теплоту, чтобы не допустить критического события. Таким образом, контейнеры, используемые для транспортировки и/или хранения отработанного ядерного топлива, должны не только безопасно экранировать и поглощать радиоактивность отработанного ядерного топлива, но и обеспечивать его адекватное охлаждение. Такие контейнеры для транспортировки и/или хранения в отрасли обычно называют бочкой.

По существу существует два типа бочек для транспортировки и/или хранения отработанного ядерного топлива - VVO (вентилируемые вертикальные контейнеры, ВВК) и теплопроводные бочки. В ВВК обычно применяют герметизируемый пенал, в который загружается отработанное ядерное топливо и который устанавливается в полость ВВК. Такие пеналы часто содержат узел корзины для приема отработанного ядерного топлива. Пример узла, содержащего пенал и корзину и предназначенного для использования в ВВК, приведен в патенте США № 5,898,747 (Singh), выданном 27 апреля 1999 г., который настоящим полностью включается в это описание путем отсылки. Корпус ВВК спроектирован и рассчитан для обеспечения необходимого излучения гамма-излучения и нейтронного излучения от загруженных пеналов с отработанным ядерным топливом. Для охлаждения отработанного ядерного топлива в пенале ВВК снабжены вентиляционными каналами, которые позволяют прохладному окружающему воздуху затекать в полость в корпусе ВВК, обтекать внешние поверхности пенала и выходить из полости в форме нагретого воздуха. В результате теплота, производимая отработанным ядерным топливом в пенале, отводится силами естественной конвекции. Один пример ВВК раскрыт в патенте США 6,718,00 (Singh et al.), выданном 6 апреля 2004 и который настоящим полностью включен в настоящее описание путем отсылки.

Вторым типом бочек являются теплопроводные бочки. В отличие от ВВК теплопроводные бочки не вентилируются. В типичной теплопроводной бочке отработанное ядерное топливо загружают непосредственно в полость бочки, обеспечивая поддержку стержням отработанного ядерного топлива. Как и в ВВК, корпус теплопроводной бочки рассчитан на обеспечение необходимого экранирования нейтронного и гамма-излучения от отработанного ядерного топлива. Однако в отличие от ВВК, в которых для отвода теплоты, которую излучает находящееся внутри отработанное ядерное топливо, используются силы естественной конвекции, в теплопроводных бочках для охлаждения отработанного ядерного топлива используется теплопроводность. Более конкретно, сам корпус бочки предназначен для отвода теплоты от отработанного ядерного топлива за счет теплопроводности. В типичной теплопроводящей бочке ее корпус выполнен из стали или другого металла, имеющего высокую теплопроводность. В результате теплота, излучаемая отработанным ядерным топливом, отводится из полости и через корпус бочки, пока она не достигнет внешней поверхности корпуса бочки. Затем эта теплота отводится от поверхности корпуса бочки в атмосферу за счет конвекции.

В некоторых случаях использование ВВК не является предпочтительным и/или необходимым. Это может быть вызвано тепловой нагрузкой хранимого отработанного ядерного топлива, конструкцией/планировкой хранилища, в котором хранится отработанное ядерное топливо, и/или законодательством страны, в которой расположено хранилище. Однако существующие конструкции теплопроводных бочек имеют некоторые недостатки, включая, помимо прочего, (1) менее чем оптимальный теплоотвод, (2) возможность выхода существенного радиоактивного излучения (т.е. "свечение"). Кроме того, существующие способы изготовления и конструкции теплопроводных бочек не позволяют или почти не позволяют изменять размеры бочки без полной переделки конструкции бочки и/или переоснащения производственного предприятия.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение направлено на устранение этих и других недостатков. Согласно одному аспекту настоящее изобретение основано на специально сконструированном, экранирующем кольце, которое окружает полость в границе удержания, в которой следует хранить и/или транспортировать высокоактивные отходы, такие как отработанное ядерное топливо. Граница удержания может быть образована подходящим контейнером, включая, помимо прочего, многоцелевой пенал, бочку, вентилируемый вертикальный контейнер или другую структуру. Граница удержания предпочтительно обеспечивает экранирование излучения и сохраняет внутри себя все мелкие частицы. Экранирующее кольцо обеспечивает улучшение свойств экранирования нейтронного и гамма-излучения, облегчая в то же время охлаждение высокоактивных отходов внутри полости, проводя теплоту от высокоактивных отходов. Экранирующее кольцо предпочтительно сконструировано так, что множество экранирующих колец можно уложить в пакет, который окружает всю высоту полости. На переходных зонах, образовавшихся между соседними кольцами в пакете, предпочтительно выполнены втулки, предотвращающие свечение и улучшающие экранирование излучения.

В некоторых вариантах экранирующее кольцо по настоящему изобретению также содержит множество пустот для приема материала, поглощающего нейтронное излучение. Предпочтительно, чтобы геометрическая форма этих пустот в экранирующем кольце была спроектирована так, чтобы независимо от угловой ориентации (т.е. положения относительно окружности) экранирующих колец в пакете, все пустоты этих колец находились в пространственном сообщении с пустотами примыкающего экранирующего кольца (колец). В результате поглощающий нейтроны материал можно заливать в пустоты верхнего экранирующего кольца и заполнять все пустоты остальных колец в пакете. Эту операцию можно производить, не беспокоясь об угловой ориентации экранирующих колец относительно друг друга.

В других вариантах может быть предпочтительным, чтобы геометрическая форма пустот в экранирующих кольцах была специально спроектирована так, чтобы не существовало прямых, проходящих в кольце от полости к внешней атмосфере, минуя, по меньшей мере, одну из полостей (которая должна быть заполнена материалом, поглощающим нейтронное излучение). Такой конструктивный признак улучшает экранирование нейтронного излучения, исходящего от высокоактивных отходов внутри полости, одновременно облегчая отвод теплоты от высокоактивных отходов за счет теплопроводности кольцевой структуры.

В отношении экранирующего кольца настоящее изобретение может иметь большое разнообразие аспектов. Например, изобретение может принимать форму самого экранирующего кольца и/или контейнера, в котором используется одно или более из экранирующих колец. В других примерах изобретение может принимать форму способа изготовления экранирующего кольца или способа изготовления контейнера, в котором используется одно или более из экранирующих колец. Другие примеры включают способ хранения и охлаждения радиоактивного материала, который создает остаточную тепловую нагрузку и опасный уровень нейтронного и гамма-излучения. Некоторые варианты настоящего изобретения, основанные на экранирующем кольце, описаны ниже исходя из понимания, что специалистам очевидно, что могут существовать и другие варианты изобретения.

В одном варианте изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, содержащим: трубчатый пенал, имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец, при этом трубчатый пенал имеет высоту; множество кольцевых структур, содержащих внутреннюю поверхность, образуют центральный канал, проходящий в осевом направлении сквозь кольцевую структуру, при этом кольцевые структуры, уложенные в пакет, окружают внешнюю поверхность трубчатого пенала; при этом трубчатый пенал проходит сквозь центральный канал в кольцевых структурах; и втулку, соединенную с одной или более из кольцевых структур, и заходящую за верхнюю или нижнюю поверхность кольцевой структуры, с которой соединена втулка, при этом втулка окружает центральный канал кольцевой структуры, с которой соединена втулка, и входит в канал соседней кольцевой структуры.

Предпочтительно все кольцевые структуры в пакете, за исключением самой нижней, содержат одну из втулок. Предпочтительно устройство содержит, по меньшей мере, три или более кольцевые структуры.

Внутренняя поверхность кольцевых структур в некоторых вариантах может быть ступенчатой, имеющей первую вертикальную поверхность, опорную поверхность и вторую вертикальную поверхность. Первая вертикальная поверхность предпочтительно контактирует с внешней поверхностью трубчатого пенала, а вторая вертикальная поверхность предпочтительно отстоит от внешней поверхности пенала, тем самым образуя канал для приема втулки между второй вертикальной поверхностью кольцевой структуры и внешней поверхностью трубчатого пенала. В этом варианте втулка предпочтительно содержит первую вертикальную поверхность примыкающей кольцевой структуры.

Кольцевые структуры могут содержать множество пустот, которые проходят от верхних поверхностей кольцевых структур до их нижних поверхностей. Как описано выше, размеры, форма и расположение пустот в кольцевых структурах позволяют пустотам одной кольцевой структуры сообщаться в пространстве со всеми пустотами примыкающих кольцевых структур, когда кольцевые структуры собраны в пакет.

Кольцевые структуры могут содержать внешнюю стенку, среднюю стенку и внутреннюю стенку. В этом варианте средняя стенка расположена между внутренней стенкой и внешней стенкой на расстоянии от них, например, соосно. Кольцевые структуры далее могут содержать первый набор ребер, соединяющих внутреннюю стенку со средней стенкой, и второй набор ребер, соединяющих среднюю стенку и внешнюю стенку. Наиболее предпочтительно, первый и второй наборы ребер смещены по окружности друг от друга так, чтобы в кольцевых структурах не возникала радиальная траектория, проходящая от внутренней стенки к внешней стенке, минуя одну из пустот. При такой конфигурации пустота расположена между каждым из ребер первого и второго набора.

Пустоты предпочтительно заполнены материалом, поглощающим нейтронное излучение. Предпочтительно пенал, кольцевая структура и втулка выполнены из материала, поглощающего гамма-излучение. Устройство также может содержать основание, выполненное из материала, поглощающего гамма-излучение. В этом варианте трубчатый пенал предпочтительно установлен поверх основания по существу вертикально. Может иметься узел крышки, которая по существу закрывает открытый конец трубчатого пенала. Узел крышки предпочтительно выполнен из материала, поглощающего гамма-излучение, и является неунитарной структурой, выполненной с возможностью отсоединения от трубчатого пенала и кольцевых структур.

Кольцевые структуры предпочтительно выполнены из материала, расширяющегося при нагревании. Наиболее предпочтительно профили горизонтального сечения центральных каналов кольцевых структур имеют такой размер, что когда кольцевые структуры находятся в условиях температуры окружающей среды, внутренние поверхности кольцевых структур прижимались к внешней поверхности трубчатого пенала. Однако когда кольцевые структуры нагреты, центральные каналы немного превышают профиль горизонтального сечения внешней поверхности трубчатого пенала. Это облегчает производство при натягивании кольцевых структур на пенал и обеспечивает постоянный контакт кольцевых структур с поверхностью пенала, что облегчает отвод теплоты за счет теплопроводности. Нагрев необходимо контролировать, чтобы не достичь температуры, которая оказала бы влияние на металлургические свойства материала (напр., металла), из которого выполнены кольцевые структуры. В одном варианте нагрев проводят при температуре 600° по Фаренгейту (приблизительно 315°С) или менее.

Далее предпочтительно, устройство дополнительно содержит узел корзины, имеющей решетку в форме сот, которая образует множество по существу вертикальных удлиненных ячеек. Наиболее предпочтительно узел решетки содержит одну или более ловушек потока нейтронов и расположен в полости. Узел корзины может быть выполнен из композитного материала на основе металлической матрицы.

Трубчатый пенал в некоторых вариантах может иметь цилиндрическую форму. В результате внутренняя стенка трубчатого пенала имеет круглый профиль горизонтального сечения. В одном варианте узел корзины может иметь профиль горизонтального сечения, имеющий некруглый периметр. В таких ситуациях устройство предпочтительно далее содержит промежуточный элемент, имеющий внутреннюю поверхность, образующую центральный канал сквозь промежуточный элемент, и внешнюю поверхность. Промежуточный элемент предпочтительно имеет профиль горизонтального сечения, имеющий внутренний периметр, образованный внутренней поверхностью промежуточного элемента, и круглый внешний периметр, образованный внешней поверхностью промежуточного элемента. Внутренний периметр профиля горизонтального сечения промежуточного элемента соответствует по форме периметру профиля горизонтального сечения узла корзины. Круглый внешний периметр, образованный внешней поверхностью промежуточного элемента, предпочтительно немного меньше круглого профиля горизонтального сечения внутренней стенки трубчатого пенала. Промежуточный элемент установлен в полости так, что узел корзины проходит в центральном канале промежуточного элемента. Другими словами, промежуточный элемент окружает узел корзины. В одном варианте имеется множество промежуточных элементов, уложенных в вертикальный пакет так, чтобы окружать узел корзины по существу по всей ее высоте.

В другом варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, и содержащим: трубчатый пенал, выполненный из материала, экранирующего гамма-излучение и имеющий внешнюю поверхность, и внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов; основание, выполненное из материала, экранирующего гамма-излучение, при этом трубчатый пенал соединен с основанием, располагаясь сверху, по существу вертикально, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец; множество кольцевых структур, выполненных из материала, экранирующего гамма-излучение, и имеющих внутреннюю поверхность, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, при этом внутренняя поверхность образует центральный канал, проходящий сквозь кольцевую структуру; при этом множество кольцевых структур образуют канал в одной из верхней или нижней поверхностей, и втулку, выступающую из другой из верхней и нижней поверхностей; при этом втулка и канал окружают центральный канал; при этом множество кольцевых структур содержит последовательность пустот для приема материала, экранирующего нейтронное излучение, при этом пустоты окружают центральный канал; и множество кольцевых структур уложены в пакет так, что втулки или кольцевые структуры входят в канал соседней кольцевой структуры, при этом трубчатый пенал проходит в центральных каналах множества кольцевых структур.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для обеспечения экранирования нейтронного и гамма-излучения радиоактивных материалов, создающих остаточную теплоту, содержащим: кольцевой корпус, содержащий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, проходящий в осевом направлении сквозь кольцевой корпус; при этом кольцевой корпус выполнен из материала, экранирующего гамма-излучение, и содержит канал в одной из верхней или нижней поверхностей, и втулку, выступающую из другой из верхней или нижней поверхностей, при этом втулка и канал окружают центральный канал; при этом кольцевой корпус содержит последовательность пустот для приема материала, экранирующего нейтронное излучение, и пустоты окружают центральный канал.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, содержащим: трубчатый пенал, выполненный из материала, экранирующего гамма-излучение, и имеющий внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов; основание, выполненное из материала, экранирующего гамма-излучение, при этом трубчатый пенал установлен поверх основания по существу вертикально, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец; множество кольцевых структур, выполненных из материала, поглощающего радиоактивное излучение, и имеющих внутреннюю поверхность, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, при этом внутренняя поверхность образует центральный канал, проходящий сквозь кольцевые структуры; при этом множество кольцевых структур уложены в пакет вокруг внешней поверхности трубчатого пенала так, что между верхней и нижней поверхностями соседних кольцевых структур в пакете образована межкольцевая переходная зона, при этом трубчатый пенал проходит в центральном канале множество кольцевых структур; при этом множество кольцевых структур выполнено с возможностью экранировать нейтронное излучение радиоактивных материалов, находящихся в полости; и каждую межкольцевую переходную зону, имеющуюся в пакете, окружает втулка, выполненная из материала, поглощающего гамма-излучение, при этом втулка проходит выше и ниже межкольцевой переходной зоны.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для обеспечения экранирования нейтронного и гамма-излучения радиоактивных материалов, расположенных в полости, образованной внутренней поверхностью трубчатого пенала, имеющей внешнюю поверхность и высоту, при этом устройство содержит: кольцевой корпус, имеющий верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, который проходит в осевом направлении сквозь кольцевой корпус; при этом центральный канал имеет размер, позволяющий ему окружать внешнюю поверхность трубчатого пенала; при этом кольцевой корпус выполнен из материала, экранирующего гамма-излучение, и содержит втулку, выступающую из одной из верхней или нижней поверхностей, при этом втулка окружает центральный канал; при этом кольцевой корпус выполнен так, что когда один кольцевой корпус уложен на другой так, чтобы их центральные каналы расположились соосно, нижняя поверхность одного из кольцевых корпусов образовала межкольцевую переходную зону с верхней поверхностью другого из кольцевых корпусов, при этом втулка одного из кольцевых корпусов заходит на межкольцевую переходную зону.

Согласно другому аспекту настоящее изобретение основано на промежуточном устройстве, предназначенном для установки в полость контейнера между узлом топливной корзины и корпусом контейнера. Как и кольцо, экранирующее излучение, промежуточное устройство так же предпочтительно является кольцевой структурой. Однако ее функции и положение в контейнере для высокоактивных отходов являются иными.

Геометрия промежуточного устройства специально предназначена для окружения узла топливной корзины и поддержания правильного положения топливной корзины в предназначенной для хранения полости контейнера. Дополнительно, геометрия и материал, из которого выполнено промежуточное устройство, доводят до максимума отвод теплоты от высокоактивных отходов, находящихся в узде корзины. Более того, для облегчения изготовления и установки промежуточное устройство может содержать множество идентичных сегментов, предназначенных для укладки в пакет, который окружает корзину на всей ее высоте.

Промежуточное устройство по настоящему изобретению может быть выполнено в различных вариантах. Например, изобретение может быть собственно промежуточным устройством и/или контейнером, в который встроено промежуточное устройство. В других примерах изобретение может быть способом изготовления промежуточного устройства или способом изготовления контейнера, в котором используется промежуточное устройство. К другим примерам относятся способ хранения и охлаждения радиоактивных материалов, которые создают остаточную тепловую нагрузку и имеют опасный уровень нейтронного и гамма-излучения. Некоторые из этих вариантах описаны ниже с пониманием того, что специалистам очевидно, что возможны и другие варианты настоящего изобретения.

В одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, таких как стержни отработанного ядерного топлива, при этом устройство содержит: корпус, содержащий пенал, имеющий внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов, при этом корпус обеспечивает экранирование нейтронного и гамма-излучения; при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец, при этом полость имеет профиль горизонтального сечения, периметр которого образован внутренней поверхностью пенала; корзину, расположенную в полости, при этом корзина содержит множество по существу вертикальных удлиненных ячеек, при том корзина имеет профиль горизонтального сечения, внешний периметр которого сформирован внешней поверхностью корзины; и структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал сквозь структуру, при этом профиль горизонтального сечения структуры имеет внутренний периметр, образованный внутренней поверхностью структуры, и внешний периметр, образованный внешней поверхностью структуры; при этом структура установлена в полость, корзина проходит сквозь центральный канал структуры; и в котором внутренний периметр структуры соответствует внешнему периметру корзины по размеру и форме и внешний периметр структуры соответствует периметру полости по размеру и форме.

Предпочтительно структура выполнена из материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, а пенал выполнен из материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первый коэффициент теплового расширения больше второго. Конструкция устройства, в котором первый коэффициент теплового расширения больше второго, позволяет структуре при нагревании расширяться больше, чем пенал. В результате, когда на устройство воздействует тепловая нагрузка (например, когда полость заполнена высокоактивными отходами, имеющими тепловую нагрузку), структура расширяется так, что ее внешняя поверхность входит в постоянный контакт с внутренней поверхностью пенала. Аналогично, внутренняя поверхность структуры входит в непрерывный контакт с внешней поверхностью корзины. Непрерывный контакт между этими поверхностями способствует отводу теплоты за счет теплопроводности.

В предпочтительном варианте, когда температура устройства равна температуре окружающей среды, между внутренней поверхностью структуры и внешней поверхностью корзины имеется первый небольшой зазор. Однако когда в удлиненные ячейки корзины помещают радиоактивные материалы, имеющие остаточную тепловую нагрузку, эта остаточная тепловая нагрузка радиоактивных отходов заставляет корзину и/или структуру расширяться, тем самым выбирая первый небольшой зазор. Другими словами, корзина и/или структура расширяются так, что внешняя поверхность корзины прижимается к внутренней поверхности структуры.

Аналогично в условиях температуры окружающей среды предпочтительно, чтобы между внешней поверхностью структуры и внутренней поверхностью пенала, которая образует полость, имелся второй небольшой зазор. Как и в случае с первым небольшим зазором, при размещении радиоактивных материалов с остаточной тепловой нагрузкой в удлиненных ячейках корзины остаточная тепловая нагрузка радиоактивных отходов заставляет структуру расширяться быстрее и в большей степени, чем пенал, и, тем самым, выбирать второй небольшой зазор. Другими словами, структура расширяется так, что внешняя поверхность структуры прижимается к внутренней поверхности пенала.

В предпочтительном варианте структура содержит множество неунитарных сегментов, расположенных пакетом, который окружает корзину по существу по всей ее высоте. В еще одном предпочтительном варианте устройство может содержать одно или более из экранирующих колец, описанных выше, и/или любые из признаков, описанных в связи с такими кольцами.

В другом варианте настоящее изобретение может быть устройством для стабилизации корзины, содержащей радиоактивные материалы, имеющие остаточную тепловую нагрузку, загруженную в полость, образованную внутренней поверхностью корпуса контейнера, при этом профиль горизонтального сечения полости имеет периметр, образованный внутренней поверхностью этого корпуса, профиль горизонтального сечения корзины имеет внешний периметр, образованный внешней поверхностью корзины, при этом устройство содержит: кольцевую структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и внутренняя поверхность образует центральный канал, при этом профиль горизонтального сечения кольцевой структуры имеет внутренний периметр, образованный внутренней поверхностью кольцевой структуры и внешний периметр, образованный внешней поверхностью кольцевой структуры; и в котором внутренний периметр кольцевой структуры соответствует по размеру и форме внешнему периметру корзины, внешний периметр корзины структуры соответствует по размеру и форме периметру полости.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, например, стержней отработанного ядерного топлива, при этом устройство содержит: корпус, содержащий внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов, при этом корпус обеспечивает экранирование нейтронного и гамма-излучения, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец; корзину, расположенную в полости, при этом корзина содержит множество по существу вертикально ориентированных удлиненных ячеек; кольцевую структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, при этом корзина проходит в центральном канале кольцевой структуры; и в котором кольцевая структура выполнена из материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, и внутренняя поверхность корпуса выполнена из материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первый коэффициент теплового расширения больше, чем второй.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, таких как стержни отработанного ядерного топлива, при этом устройство содержит: корпус, имеющий внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов, при этом корпус обеспечивает экранирование нейтронного и гамма-излучения, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец, при этом полость имеет профиль горизонтального сечения, периметр которого образован внутренней поверхностью корпуса; корзину, расположенную в полости, при этом корзина содержит множество по существу вертикально ориентированных ячеек, при этом профиль горизонтального сечения имеет внешний периметр, сформированный внешней поверхностью корзины; и структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, при этом структура имеет профиль горизонтального сечения, имеющий внутренний периметр, образованный внутренней поверхностью структуры, и внешний периметр, образованный внешней поверхностью структуры, при этом структура расположена в полости, корзина проходит сквозь центральный канал структуры; и в котором внутренний периметр структуры соответствует по форме и размеру внешнему периметру корзины, а внешний периметр структуры соответствует по форме и размеру периметру полости.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, например, стержней отработанного ядерного топлива, при этом устройство содержит: корпус, содержащий пенал, имеющий внутреннюю поверхность, образующую полость для приема радиоактивных материалов, при этом корпус обеспечивает экранирование нейтронного и гамма-излучения, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец; корзину, расположенную в полости и содержащую множество ячеек; структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, при этом корзина проходит в центральном канале структуры; и в котором структура выполнена из материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, а пенал выполнен из материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первый коэффициент теплового расширения больше второго.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для транспортировки и/или хранения радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, например, стержней отработанного ядерного топлива, при этом устройство содержит: корпус, имеющий внутреннюю поверхность, которая образует полость для приема радиоактивных материалов, при этом корпус обеспечивает экранирование нейтронного и гамма-излучения, при этом полость имеет открытый верхний конец и закрытый нижний конец; корзину, расположенную в полости, при этом корзина имеет множество ячеек для приема стержней отработанного ядерного топлива, при этом корзина имеет профиль горизонтального сечения, внешний периметр которого сформирован внешней поверхностью корзины; и структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, при этом профиль горизонтального сечения имеет внутренний периметр, образованный внутренней поверхностью структуры, и внешний периметр, образованный внешней поверхностью структуры; при этом структура расположена в полости между корзиной и внутренней поверхностью корпуса; при этом корзина проходит сквозь центральный канал структуры, в котором внутренний периметр структуры по форме соответствует внешнему периметру корзины, а внешний периметр структуры соответствует по форме периметру полости; и в котором, когда температура структуры равна температуре окружающей среды, между внешней поверхностью структуры и внутренней поверхностью корпуса имеется небольшой зазор.

В еще одном варианте настоящее изобретение может быть устройством для стабилизации корзины для удержания радиоактивных материалов, имеющих остаточную тепловую нагрузку, в полости, сформированной внутренней поверхностью корпуса контейнера, при этом устройство содержит: кольцевую структуру, имеющую внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, образующую центральный канал, выполненный с возможностью приема корзины, и в котором кольцевая структура выполнена из материала, имеющего первый коэффициент теплового расширения, а внутренняя поверхность корпуса выполнена из материала, имеющего второй коэффициент теплового расширения, при этом первый коэффициент теплового расширения больше второго.

Согласно еще одному аспекту изобретение сфокусировано на специально спроектированном узле корзины для приема и удержания стержней отработанного ядерного топлива. Узел корзины можно использовать в многоцелевом контейнере или он может быть встроен непосредственно в полость контейнера, например, теплопроводной бочки. Что касается корзины, настоящее изобретение может быть реализовано во множестве разных вариантов. Например, настоящее изобретение может быть самой корзиной и/или контейнером, в котором используется корзина. К другим примерам относятся способ хранения и охлаждения радиоактивных материалов. Некоторые из таких вариантов описаны ниже, исходя из понимания, что специалистам очевидно, что могут существовать и другие варианты изобретения.

В одном варианте настоящее изобретение может быть устройством, пригодным для транспортировки и/или хранения стержней отработанного ядерного топлива, содержащим: корзину, сформированную из сотовидной решетки, сформированной из пластин, расположенных в прямолинейной конфигурации, при этом пластинчатая решетка образует множество ячеек для приема стержней отработанного ядерного топлива; при этом корзина содержит одну или более ловушку потока нейтронов, которая регулирует нейтронное излучение; и в которой пластины выполнены из композитного материала на основе металлической матрицы.

Композитный материал на основе металлической матрицы может быть металлокерамикой с высоким содержанием Cr-Al₂O₃. Предпочтительно корзина имеет высоту, превышающую или равную высоте стержней отработанного ядерного топлива.

В предпочтительном варианте корзина сформирована множеством сегментов, расположенных пакетом, где каждый сегмент содержит сотовидную решетку из пластин, расположенных в прямолинейной конфигурации. Каждый сегмент может содержать множество пазов так, что когда сегменты собраны в пакет, пазы каждого сегмента пересекают пазы соседнего сегмента. Предпочтительно пазы этих сегментов запирают сегменты друг с другом так, чтобы предотвратить горизонтальное и вращательно относительное перемещение между сегментами. Более предпочтительно корзина содержит, по меньшей мере, четыре сегмента, каждый из которых имеет по существу одинаковую высоту.

В этом варианте нижний сегмент пакета предпочтительно имеет множество прорезей в пластинах, образующих проходы между множеством ячеек на дне ячейки или рядом с ее дном. В результате образуется газовая полость. Прорези в верхнем и нижнем сегменте могут иметь полукруглую форму. Может иметься один или более стояк, который проходит от верхней полости к нижней полости для облегчения естественной циркуляции текучей среды внутри корзины для облегчения конвекционного охлаждения стержней отработанного ядерного топлива, помещенных в ячейки.

Пазы в пластинах предпочтительно выполняют до сборки. Таким образом, они выполнены с возможностью вставляться друг в друга для образования корзины. Более конкретно, когда одна пластина расположена под углом 90° к другой пластине, пазы в этих двух пластинах совмещаются и пересекаются. Пластины могут содержать множество пазов в верхней кромке пласти