Система и способ хранения высокоактивных отходов

Система и способ хранения высокоактивных отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 з