[发明专利]用于核燃料的存储系统

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月22日提交的美国临时专利申请序列号61/579,455的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及用于支持高放射性废物的装置，并且更具体地，涉及用于在燃料池中支持和固定放射性燃料组件的湿存储装置和系统。

背景技术

在核电行业，核能源原料通常是采用被称为燃料组件的充满了浓缩铀的中空锆合金管的形式。乏燃料组件一旦降低到一定的程度，就要从反应器中移除。此时，燃料组件不仅发射极其危险水平的中子和伽马光子(即中子和伽马射线)，而且产生的相当大量的热量必须被耗散。

必要的是从乏燃料组件射出的中子和伽马射线在从反应器中移除的整个时间段内被充分地保持。也必须冷缺乏燃料组件。因为水是很好的辐射吸收剂，乏燃料组件通常在从反应器中移除后被立即浸没在池中的水下。池中的水通过将热载荷从燃料组件中吸收走而冷却乏燃料组件。水还可以含有溶解的中子屏蔽物质。

浸没式燃料组件通常在元件架结构(通常被称为燃料元件架)中以大体竖直的方向被支持并存储在燃料池中。众所周知，当燃料组件之间的距离减小时，燃料组件之间中子相互作用增强。因此，为了避免临界状态(或其危险)，这可能导致元件架上的相邻的燃料组件相互间的反应，有必要使燃料元件架以间隔的方式支持燃料组件，以允许足够的中子吸收材料处于相邻的燃料组件之间。该中子吸收材料可以是池水，含有中子吸收材料的结构，或者它们的组合。

用于燃料组件高密度存储(即，最小化的巢室之间间隔设置)的燃料元件架通常是蜂巢状的格栅阵列结构，带有以固体片材和/或集成在巢室结构本身内的中子吸收材料形式放置在各个巢室之间的中子吸收板结构。各个巢室通常是顶部开口的细长竖直管，各个燃料元件插入其中。这些巢室有时也包括封装中子屏蔽板的双层壁，以防止由于接触水导致的中子屏蔽板腐蚀或其它的损坏情况。每个燃料组件被放置在单独的巢室中，以便燃料组件彼此屏蔽。

一种所谓的存储轻水反应堆燃料的高密度乏燃料元件架是棱柱结构，其具有较紧凑的堆叠的方形侧向截面巢室，该巢室用于存储相应的方形侧向截面的燃料组件。目前最先进的燃料元件架被设计成两种不同的几何形状，即非通量阱型元件架和通量阱型元件架。

非通量阱元件架设计的关键特征是在存储燃料的相邻的存储巢室之间不存在任何间隙水。非通量阱架是用来储存加压水反应堆(PWR)燃料，其已在反应堆中燃烧，并已经失去它的某些可裂变材料(U-235)或在沸水反应堆(BWR)中使用的(较小的侧向截面)燃料。

通量阱型元件架的特点是在相邻的存储巢室之间有工程设计的水间隙。水间隙的宽度由设计者调整，以确保存储阵列的反应性保持在规定限度内(例如，在美国0.95)。该通量阱元件架设计对于存储新的和具有高初始浓缩度(超过4.5％的U-235)的燃料是必须的，典型的是今天的加压水反应堆。

在目前最新的技术中，正方形巢室的开口尺寸是唯一的可由非通量阱型元件架的元件架设计师调整的。基于工业操作经验，巢室的最小开口尺寸必须大致比燃料侧向截面大0.4英寸，以确保被辐射稍微扭曲的燃料仍然适合于存储腔。在通量阱元件架的情况下，设计师还可以处置一个参数，即水间隙(正式名称为“通量阱”)的宽度，

当为预先存在的池设计元件架模块时，设计人员通常面对的问题是由安装元件架模块阵列的池的底板形成的不相等的矩形平面面积。在构建燃料元件架存储阵列时，使存储巢室的数量最大并且使存储系统的反应性最小是两个设计目标。如可预料的，在大多数情况下，元件架模块不能精确地匹配池平面面积，导致在池中有未使用的周边空间。当今世界，在轻水反应堆电站使用的燃料池受到多多少少存在未使用的有价值的池底板间隙的问题的困扰。

发明内容

根据本发明原理的燃料元件架的一个实施方案涉及一种正交-非对称(非正方形)燃料组件存储巢室，其配置成使得巢室在两个正交方向(即X和Y)的侧向截面尺寸不相等。在一个实施例中，每个巢室具有不相等的矩形侧向截面。这种设置使得在燃料池的底板上几乎没有或者没有未使用的周边空间，由于每个巢室的X和Y尺寸均大于或者等于最小要求的开口尺寸，从而允许对放射性燃料组件的平滑处理(即插入存储巢室中或者从中撤出)。