[发明专利]一种长期储存废核燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核技术领域，尤其涉及一种长期安全储存核反应堆废核燃料的方法。

背景技术

长期(十年)安全储存废核燃料(SNF)，尤其是核反应堆的废核燃料组件(SFA)是一项复杂的技术任务。这是因为含有废核燃料的燃料核裂变产物的放射性，以及在二次核燃料(钚)和在中子辐照初级核燃料时核反应堆(NR)运行过程中产生的次锕系元素(镎、镅、锔)的放射性使得在废核燃料组件中积累了很高的辐射势。

在腐蚀、热效应、机械作用下会损坏主要安全屏障-燃料元件外壳，从而导致辐射泄漏及严重的放射生态后果。

该任务的复杂性在于，废核燃料是一种无法消除的剩余能量源，所述能量源会随着时间逐渐减弱，但经过多年后依然需要组织散热，如果不散热的话会导致废核燃料的温度升高及燃料元件外壳密封性的丧失。

目前广泛应用的长期储存废核燃料的方法为将废核燃料组件放入填满水的燃料池内，所述水可以消除废核燃料组件的剩余能量。因为燃料池中的水是放射性的，所以可以通过与外面的冷水进行热交换来实现其冷却。

已知一些在燃料池中储存废核燃料的方法。

例如，已知一种通过将顶部有孔并填充有除盐水的罐放置在含有除盐水的水池中储存废核燃料的方法。由于除盐水定期从独立的容器内输送到罐内和池中，罐中和池中的水位保持在孔边缘的下方。此外，在监测罐内的水位达到剩余能量最大值所允许的水位时应当定期向罐内送水(俄罗斯专利RU2403633,G21C19/06,G21F9/36,2010年)。

还已知一种储存放射性材料的方法，包括：a)将容器浸入水中，所述容器具有顶部、底部，在容器壳体内有一个用于装水的腔，b)在位于水下的容器的腔内安装放射性材料，c)将浸没的容器升起，直到容器的顶部高出水池表面的水位，且容器的主体部分低于水池表面的水位，及d)当容器的顶部高出水池表面的水位时将水从容器的腔内排出，而容器的其他部分依然浸在水中(美国发明申请US2009069621,G21F5/005,2009)。

已知一种用在废核燃料库房、核电站及回收废核燃料的工厂的方法。为将废核燃料长期储存在填满水并放置在悬挂搁栅顶棚下的水池中的罐中，所述罐的支撑部分安装在水池的底部，所述罐的顶端放置在搁栅顶棚下，间隙为100-150mm，罐的放置密度为在水池底面积上30-50个/平方米(俄罗斯专利RU2407083,G21C19/22,2010年)。

使用这种储存废核燃料的方法实践表明，随着时间的推移，在腐蚀的作用下会使燃料池中装有废核燃料的容器或罐的密封性丧失，而且会对水造成放射性污染。

为防止出现这种现象，最近开始采用“干式”储存废核燃料组件的方法，即当在燃料池中储存了一段时间(例如三年)并且剩余能量减弱后将其从燃料池中取出并放置在密封好的罐中，而所述罐放置在“干燥”的具有冷却空气的库房中。

众所周知，福岛-1核电站事故是由于燃料池中水的冷却系统电源中断使得水蒸发，燃料元件过热，燃料元件的外壳破损，在锆与蒸汽的反应下生成了大量的氢气，放射性释放到环境中。

考虑到这种情况，绕过燃料池中的“湿式”储存阶段，转换成“干式”储存废核燃料就是非常迫切的问题。

已知在专利US 6802671,DE 3816195,US 5887042,US 8098790中描述了一些“干式”储存废核燃料的储存方法。

已知一种运输和/或储存核材料的方法，其中所述核材料设置在位于金属框架上方的具有辐射防护的铅铸容器内(美国发明申请US2010183110,G21F5/008,2010年)。

本发明包括至少一个辐射防护结构，所述辐射防护结构由至少一个金属框架组成，所述金属框架沿着纵轴方向延伸并被由浇铸在金属框架表面上的铅或一种铅合金制成的模块包裹着，而且所述金属框架安装有至少一个用于阻止由铅(或一种铅合金)浇铸的模块向纵向方向移动的元件。此外，所述金属框架沿着纵轴方向的至少一部分长度嵌入到由铅(或一种铅合金)浇铸的模块中，在优选实施例中为整个长度的模块。因此，在金属框架与铅(或一种铅合金)制的模块之间创建了可靠的机械连接，当包装箱自由落下时能使这两个元件在纵向上不会发生相对运动。