[发明专利]用于支持放射性燃料组件的设备

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2007年10月29日提交的序列号为No.60/983,566的美国临时专利申请，和2008年3月21日提交的序列号为No.61/038,525的美国临时专利申请的权益，本文将它们全文引入作为参考。

技术领域

广而言之，本发明涉及用于支持高放射强度废物的设备和方法，更具体地涉及用于支持放射性燃料组件的设备和方法。本发明可实施为各种用于转移、支持和/或贮存废核燃料组件的结构，包括但不限于水下燃料元件架(fuel rack)和装入罐(canister)或桶(cask)中的燃料篮(fuel basket)。

背景技术

在核能工业中，核能源是填充有浓缩铀的中空锆合金管的形式，也称为燃料组件。在消耗到一定程度后，废燃料组件被从反应器中取出。此时，所述燃料组件不仅放射出极度危险的水平的中子和伽马量子(即中子和伽马辐射)，而且产生相当大量的热，这些热必须被耗散掉。

从反应器中取出后，所述废燃料组件放射出的中子和伽马辐射必须始终被充分克制(contained)。同时，所述废燃料组件也必须被冷却。由于水是一种优良的辐射吸收剂，因此从反应器中取出后，废燃料组件通常被迅速浸没在水池的水下。所述池水还通过从所述燃料组件上汲取热载荷，起到了冷却所述废燃料组件的作用。所述水还可含有溶解的中子屏蔽物质。

所述浸没的燃料组件通常在所述燃料池中以大致竖直的取向支撑在通常称为燃料元件架的支架结构中。公知地，当所述燃料组件之间的距离减小时，燃料组件之间的中子相互作用增强。因此，为了避免由所述支架中的相邻燃料元件的相互作用导致的危险程度(或者其威胁)，支撑所述燃料组件的燃料元件架必须间隔开，使得在相邻燃料组件之间存在充足的中子吸收材料。所述中子吸收材料可以是所述池水、包含中子吸收材料的结构，或者它们的组合。

用于燃料组件的高密度贮存的燃料元件架通常是蜂巢状构造，在巢室(cell)之间放置有实心板形式的中子吸收板结构(即屏障)。所述巢室通常是顶部开口的细长、竖直的方形管，燃料元件通过所述开口插入。有时，所述巢室具有双层壁，它们封装了中子屏蔽板，以保护所述中子屏障不受由于与水接触导致的腐蚀或者其它劣化作用。

每一燃料组件被置于分隔的巢室中，从而所述燃料组件相互之间被屏蔽开。Maurice Holtz等于1983年5月3日授权的美国专利4,382,060中记载了典型的现有燃料元件架的例子，本文将其全文引入作为参考。所述Holtz支架由包括中空且截面呈十字形(cruciform in section)的元件的构造单元构成。所述十字形构造单元的每个支脚在内部包含中子屏障。所述十字形构造单元的支脚的自由端会聚于一点(converge)，从而具有约90度的夹角。所述支架由这类十字形元件，以及截面为大致T和L型的配合元件构成。

在世界上的某些地区，核反应器中所用的燃料组件并不具备矩形的水平截面。作为替代，所述燃料组件具有大致六角形的水平截面。在这种情况下，现有的包括具有矩形水平截面的巢室的支架不够理想。

甚至从所述池中取出后，所述燃料组件仍然放射出极度危险的中子(即中子辐射)和伽马量子(即伽马辐射)，因此在转移和贮存期间，这些中子和伽马量子仍然必须始终被克制。所述燃料组件散发出的残余热量也必须被转移并逸出所述燃料组件。因此，用于转移和/或贮存燃料组件的容器不仅必须安全地隔绝并吸收所述燃料组件的放射能，而且还必须允许充分的冷却。在本领域中，有两类用于运输和/或贮存燃料组件的容器系统，基于罐(canister-based)的系统和基于桶(cask-based)的系统。

一般而言，有两类用于运输和/或贮存SNF的桶，通风的竖直外包装(overpack)(“VVOs”)和热传导性的桶。VVOs通常与可密封的罐一起使用，所述罐装载了所述燃料组件并置于所述VVO的空腔内。这类罐通常为多功能罐，并且通常包含用于接收所述燃料组件的燃料篮。在1999年4月27日授权的美国专利5,898,747(Singh)中公开了设计用来与VVO一同使用的罐和篮组件，本文将其全文引入作为参考。另一类型的桶是热传导性的桶。在常规的热传导性桶中，所述燃料组件直接装载到由所述桶体形成的空腔内。通常在所述空腔本身内部设置有篮组件，用以给所述燃料组件提供支持。

所述燃料篮通常与所述桶一同起作用，从而以特定模式支持所述燃料、使传递到所述燃料的负荷最小、将热传递至所述桶并控制危险程度。

发明内容

本发明的目的是提供能安全地容纳燃料组件的燃料元件架。