Способ обращения с облученным ядерным топливом (варианты)

 

Изобретение относится к области атомной энергетики и атомной промышленности и направлено на повышение экологичности и технологичности обращения с облученным ядерным топливом. Сущность изобретения: согласно первому варианту способа облученное ядерное топливо размещают в баках хранилища плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов. Затем вырезают отсек с хранилищем из плавучей технической базы и размещают его для последующего хранения в отделенном отсеке атомной подводной лодки. Другой вариант способа заключается в том, что вырезают ядерную энергетическую установку с облученным ядерным топливом и размещают ее для хранения в отделенном отсеке атомной подводной лодки. Преимуществами заявленного изобретения являются: снижение мощности дозы облучения, увеличение количества облученного ядерного топлива, размещаемого на хранение, уменьшение числа перегрузок облученного ядерного топлива и сокращение времени воздейстрия ионизирующего излучения на обслуживающий персонал. 2 с. и 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области атомной энергетики и атомной промышленности и касается обращения с облученным ядерным топливом, судовым облученным ядерным топливом, в частности.

Известен способ обращения с облученным ядерным топливом, включающий размещение судового облученного ядерного топлива в тепловыделяющих сборках в баках хранилища облученного ядерного топлива плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов, хранение его в баках, заполнение баков цементным раствором, отверждение цементного раствора, вырезку отсека с хранилищем облученного ядерного топлива из плавучей технической базы, размещение вырезанного отсека плавучей технической базы с хранилищем облученного ядерного топлива на хранение (см., например, Ju. Perera, Lepse "at Sea". What to Do with a Floating Spent Fuel Store, Nuclear Engineering International, 1996, vol. 41, N 505, p. 41-42).

Известен способ обращения с облученным ядерным топливом, в том числе облученным ядерным топливом атомной подводной лодки, включающий осушение корпуса реактора с отработавшей активной зоной ядерной энергетической установки атомной подводной лодки, извлечение осушенного корпуса реактора из ядерной энергетической установки, размещение извлеченного корпуса реактора в защитном контейнере, транспортировку защитного контейнера с корпусом реактора на хранение, в частности, к прибрежной штольне, помещение на хранение в прибрежной штольне защитного контейнера с корпусом реактора с облученным ядерным топливом (Патент РФ 2130655, МКИ 6 G 21 F 9/34, 22.09.97, опубл. 20.05.99, Бюл. N 14).

Наиболее близким является известный способ обращения с облученным ядерным топливом атомной подводной лодки с ядерной энергетической установкой в реакторном отсеке с двумя легководными корпусными реакторами, включающий осушение корпуса реактора с активной зоной, содержащей облученное ядерное топливо в неаварийном реакторе, заполнение его расплавом металла, отверждение расплава металла в корпусе реактора, отделение реакторного отсека атомной подводной лодки, содержащего облученное ядерное топливо в неаварийном реакторе ядерной энергетической установки, от других отсеков атомной подводной лодки, изоляцию реакторного отсека посредством герметизации переборок реакторного отсека, отделение ракетного отсека атомной подводной лодки, размещение реакторного отсека, содержащего облученное ядерное топливо в неаварийном реакторе ядерной энергетической установки, в ракетном отсеке атомной подводной лодки, укрепление переборок ракетного отсека атомной подводной лодки дополнительными защитными плитами-переборками, размещение хранилища, образованного в результате установки реакторного отсека с облученным ядерным топливом в корпусе реактора, в ракетном отсеке атомной подводной лодки, на длительное хранение (S.D.Gavrilov, V.A.Kremnev, P.L.Smirnov, G.I.Toshinsky, G. P. Suvorov, Substantiation of Nuclear Safety Ensuring for Storing LWR Cores, Including Damaged Ones, in NPP of Russian Out of Service Nuclear Powered Submarines, Surface Ships and Vessels, 7th International Conference on Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 19-23, 1999, ICONE - 7080).

Основной недостаток известных способов обращения с облученным ядерным топливом заключается в недостаточной их экологичности из-за ядерной и радиационной опасности для окружающей среды, низкой технологичности, пониженной степени заполнения хранилища облученным ядерным топливом.

В задачу изобретения входит повышение экологичности и технологичности обращения с облученным ядерным топливом, увеличение степени заполнения хранилища облученным ядерным топливом.

Указанная задача решается изобретением за счет достижения технического результата, заключающегося в снижении мощности дозы облучения от облученного ядерного топлива, увеличении количества облученного ядерного топлива, размещаемого на хранение, уменьшении числа перегрузок облученного ядерного топлива, сокращении времени воздействия ионизирующего излучения от облученного ядерного топлива на обслуживающий персонал.

Технический результат достигается в способе обращения с облученным ядерным топливом, включающем размещение облученного ядерного топлива в баках хранилища облученного ядерного топлива и в отсеке плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов, вырезку из плавучей технической базы отсека с хранилищем, отделение отсека от других отсеков атомной подводной лодки, размещение в отделенном отсеке атомной подводной лодки вырезанного из плавучей технической базы отсека с хранилищем, хранение отделенного отсека атомной подводной лодки с вырезанным из плавучей технической базы отсеком с облученным ядерным топливом, в частности, предлагается вначале в баках хранилища облученного ядерного топлива плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов размещать облученное ядерное топливо, затем вырезать из плавучей технической базы отсек с хранилищем, после чего в вырезанном отсеке дополнительно размещать облученное ядерное топливо, рекомендуется отделять более одного отсека атомной подводной лодки.

Изобретение предлагается осуществлять следующим образом.

Пример 1. Облученное ядерное топливо судовых ядерных энергетических установок в баках хранилища облученного ядерного топлива эксплуатируемой плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов транспортируют к месторасположению плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов, подлежащей разделке, облученное ядерное топливо из баков хранилища эксплуатируемой плавучей технической базы перегружают в свободные пеналы баков хранилища облученного ядерного топлива плавучей технической базы, подлежащей разделке, эту плавучую техническую базу с облученным ядерным топливом в баках хранилища облученного ядерного топлива транспортируют на стапель, осушают контур охлаждения облученного ядерного топлива хранилища плавучей технической базы, устанавливают плавучую техническую базу на стапель, судовое облученное ядерное топливо из береговых хранилищ транспортируют к месторасположению плавучей технической базы на стапеле, размещают его в отсеке с хранилищем облученного ядерного топлива, на стапеле отделяют отсек с хранилищем облученного ядерного топлива плавучей технической базы, используя известный способ газовой резки крупногабаритных объектов, включая активированные и загрязненные (см., например, Decommissioning Handbook, Chapter 10 "Dismantling, Segmenting and Demolition", U.S. Department of Energy, Office of Environment Restoration, DOE/EM-0142P, March 1994, p. 10-1 - 10-77), на стапеле газовыми резаками отделяют отсек атомной подводной лодки, включающий прочный и легкий корпуса, от других ее отсеков (см., например, N.Y.Kalistratov, B. M. Lesokhin, Experience of the NPS Utilization at the Enterprise "Zvezdochka" and Ecological and Safety Problems, Analysis of Risks Associated with Nuclear Submarine Decommissioning, Dismantling and Disposal, NATO/Russian Academy of Sciences Advanced Research Workshop, Moscow, Russia, November 24-26, 1997, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999, p. 283-290), также газовыми резаками удаляют одну из переборок прочного корпуса отсека, удаляют оборудование и конструкции из внутреннего пространства прочного корпуса отсека, устанавливают внутри отсека и вне его приборы и оборудование для контроля за облученным ядерным топливом и средства передачи информации о его состоянии, размещают отсек плавучей технической базы с хранилищем облученного ядерного топлива внутри прочного корпуса отсека, устанавливают вместо снятой переборки новую переборку, затем перемещают отсек атомной подводной лодки с размещенным в нем отсеком плавучей технической базы с облученным ядерным топливом и оборудованием для его контроля со стапеля стапельного поля на площадку для наземного хранения на охраняемой территории, хранят облученное ядерное топливо, размещенное в отсеке плавучей технической базы, внутри отделенного отсека атомной подводной лодки. В результате вышеуказанной последовательности и совокупности действий по обращению с облученным ядерным топливом уменьшается количество выполняемых при этом операций, снижается доза облучения персонала, выполняющего эти операции; при размещении в вырезанном отсеке с хранилищем облученного ядерного топлива дополнительного облученного ядерного топлива удается обеспечить поглощение ионизирующего излучения от облученного ядерного топлива, размещенного во внутренней относительно него части отсека с хранилищем облученного ядерного топлива, за счет чего снижается мощность ионизирующего излучения вне легкого корпуса отсека и доза облучения персонала, выполняющего контроль за хранящимся в отсеке облученным ядерным топливом, одновременно повышается степень заполнения отсека облученным ядерным топливом; использование прочного и легкого корпусов отсека и переборок, материалы которых поглощают ионизирующее излучение, при расположении последних между облученным ядерным топливом, размещенным внутри вырезанного отсека с хранилищем облученного ядерного топлива, и внешней границей легкого корпуса, способствует дополнительному снижению мощности излучения за пределами отсека; кроме того, за счет предварительной установки приемно-передающей аппаратуры контроля облученного ядерного топлива удается сократить время воздействия ионизирующего излучения на обслуживающий персонал.

Пример 2. То же, что и в примере 1, но облученное ядерное топливо транспортных ядерных энергетических установок размещают в свободных от облученного ядерного топлива пеналах баков хранилища облученного ядерного топлива плавучей технической базы перезарядки реакторов, плавучую техническую базу транспортируют на стапель, на стапеле отделяют отсек с хранилищем облученного ядерного топлива плавучей технической базы, используя известный способ лазерной резки крупногабаритных толстостенных объектов, включая активированные и загрязненные (см., например, R.B.Arutyunyan, G.A.Baranov, A.K.Zinchenko, Problems of Safe Application of Laser Technological Process For Disassembly of the Nuclear Installations of NSM, Analysis of Risks Associated with Nuclear Submarine Decommissioning, Dismantling and Disposal, NATO/Russian Academy of Sciences Advanced Research Workshop, Moscow, Russia, November 24-26, 1997, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999, p. 137-144), транспортируют облученное ядерное топливо судовых ядерных энергетических установок из береговых хранилищ к месторасположению на стапеле вырезанного отсека плавучей технической базы с хранилищем облученного ядерного топлива, размещают его в отсеке, где находится хранилище облученного ядерного топлива, отсек атомной подводной лодки на стапеле газовыми резаками отделяют от других отсеков атомной подводной лодки, устанавливают на нижней части и по бортам внутри прочного корпуса отсека устройство для ввода, перемещения и размещения в нем корпуса отсека плавучей технической базы с хранилищем облученного ядерного топлива с облученным ядерным топливом, перемещают вырезанный отсек плавучей технической базы с хранилищем облученного ядерного топлива на стапель с отсеком, отделенным от атомной подводной лодки, до совмещения его с устройством для ввода в отсек, перемещения и размещения в нем отсека плавучей технической базы, размещают отсек плавучей технической базы внутри прочного корпуса отсека, устанавливают в прочном корпусе отсека вместо снятой переборки плиту-переборку, оставленную переборку укрепляют плитой-переборкой, перемещают отсек атомной подводной лодки с размещенным в нем отсеком плавучей технической базы с облученным ядерным топливом и оборудованием для его контроля со стапеля стапельного поля на площадку для наземного хранения на охраняемой территории, хранят облученное ядерное топливо, размещенное в отсеке плавучей технической базы, внутри отделенного отсека атомной подводной лодки.

Пример 3. То же, что и в примере 2, но отделяют два смежных отсека атомной подводной лодки, в каждом из которых размещают на хранение по одному вырезанному отсеку плавучей технической базы с облученным ядерным топливом, хранят облученное ядерное топливо, размещенное в вырезанных отсеках плавучих технических баз с хранилищами облученного ядерного топлива, внутри смежных отсеков, отделенных от других отсеков атомной подводной лодки. При размещении отсеков с хранилищами облученного ядерного топлива в смежных отсеках удается дополнительно сократить время воздействия ионизирующего излучения на обслуживающий персонал за счет дублирования предварительно установленной приемно-передающей аппаратуры контроля облученного ядерного топлива в смежных отсеках (по сравнению с той же последовательностью и совокупностью действий для двух отдельных отсеков), размещение отсеков с хранилищами облученного ядерного топлива в двух смежных отсеках возможно при готовности к вырезке из плавучих технических баз перезарядки реакторов двух отсеков плавучих технических баз с хранилищами облученного ядерного топлива.

Известен способ обращения с облученным ядерным топливом атомной подводной лодки, включающий выгрузку из ее реакторного отсека облученного ядерного топлива, его перегрузку в защитные транспортные контейнеры, перевозку судового облученного ядерного топлива в хранилище при перерабатывающем облученное ядерное топливо производстве, размещение там облученного ядерного топлива в тепловыделяющих сборках для последующей переработки (см. например, И. Л.Баранов, В.В.Рукша. Предложения по основным принципиальным путям обращения с отработавшим ядерным топливом в Северо-западном регионе. Анализ рисков, связанных с выводом из эксплуатации, хранением и утилизацией атомных подводных лодок. Материалы международного научного семинара Российской Академии наук - НАТО, Москва, Россия, 24-26 ноября 1997, М., ИБРАЭ РАН, 1999, с. 150-161).

Наиболее близким является известный способ обращения с облученным ядерным топливом атомной подводной лодки с ядерной энергетической установкой в реакторном отсеке с двумя легководными корпусными реакторами, включающий осушение корпуса неаварийного реактора с активной зоной, содержащей ядерное топливо, отделение реакторного отсека атомной подводной лодки, содержащего облученное ядерное топливо в неаварийном реакторе ядерной энергетической установки, от других отсеков атомной подводной лодки, отделение одного и двух отсеков от разных атомных подводных лодок, размещение реакторного отсека, содержащего облученное ядерное топливо в неаварийном реакторе ядерной энергетической установки, в "саркофаге" из трех отсеков атомных подводных лодок, герметизацию "саркофага", размещение хранилища, образованного путем установки реакторного отсека с облученным ядерным топливом в корпусе реактора, в трех объединенных отсеках атомных подводных лодок, на длительное хранение на плаву (см., например, E.A.Goriaglejan, Design Support to Minimize the Risk of the Environmental Impact of Damaged Nuclear Steam-generating Plants of Russian Nuclear Submarines During Their Long-term Storage in Sarcophaguses, Analysis of Risks Associated with Nuclear Submarine Decommissioning, Dismantling and Disposal, NATO/Russian Academy of Sciences Advanced Research Workshop, Moscow, Russia, November 24-26, 1997, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1999, p. 291-302).

Основной недостаток известных способов обращения с облученным ядерным топливом заключается в недостаточной их экологичности из-за ядерной и радиационной опасности для окружающей среды, низкой технологичности, пониженной степени заполнения хранилища облученным ядерным топливом.

В задачу изобретения входит повышение экологичности и технологичности обращения с облученным ядерным топливом, увеличение степени заполнения хранилища облученным ядерным топливом.

Указанная задача решается изобретением за счет достижения технического результата, заключающегося в снижении мощности дозы облучения от облученного ядерного топлива, увеличении количества облученного ядерного топлива, размещаемого на хранение, уменьшении числа перегрузок облученного ядерного топлива, сокращении времени воздействия ионизирующего излучения от облученного ядерного топлива на обслуживающий персонал.

Технический результат достигается в способе обращения с облученным ядерным топливом, включающем вырезку ядерной энергетической установки с облученным ядерным топливом, отделение отсека от других отсеков атомной подводной лодки, размещение в отделенном отсеке атомной подводной лодки вырезанной ядерной энергетической установки, хранение отделенного отсека атомной подводной лодки с вырезанной ядерной энергетической установкой, в частности, предлагается в отсеке размещать более одной ядерной энергетической установки, рекомендуется отделять более одного отсека атомной подводной лодки.

Пример 4. Ядерную энергетическую установку атомной подводной лодки с облученным ядерным топливом, находящимся в активной зоне реактора, залитым расплавом свинца, отвержденным при его охлаждении (см., например, Патент РФ 2132098, МКИ 6 G 21 F 9/34, 9/28, 20.04.98, опубл. 20.06.99, Бюл. N 17), транспортируют на стапель, устанавливают атомную подводную лодку на стапеле, газовыми резаками отделяют реакторный отсек атомной подводной лодки с ядерной энергетической установкой с облученным ядерным топливом от других ее отсеков, также газовыми резаками вырезают из реакторного отсека ядерную энергетическую установку с облученным ядерным топливом с подреакторной активированной частью прочного и легкого корпусов реакторного отсека, на стапеле газовыми резаками отделяют отсек другой атомной подводной лодки, включающий прочный и легкий корпуса, от других ее отсеков, также газовыми резаками удаляют одну из переборок прочного корпуса отсека, удаляют оборудование и конструкции из внутреннего пространства прочного корпуса отсека, устанавливают внутри отсека и вне его приборы и оборудование для контроля за облученным ядерным топливом и средства передачи информации о его состоянии, размещают ядерную энергетическую установку с облученным ядерным топливом в реакторе внутри прочного корпуса отсека, устанавливают вместо снятой переборки новую переборку, перемещают отсек атомной подводной лодки с размещенной в нем ядерной энергетической установкой с облученным ядерным топливом и оборудованием контроля его состояния со стапеля стапельного поля на площадку для наземного хранения на охраняемой территории, хранят облученное ядерное топливо, размещенное в ядерной энергетической установке, внутри отделенного отсека атомной подводной лодки. В результате вышеуказанной последовательности и совокупности действий по обращению с облученным ядерным топливом в вырезанной ядерной энергетической установке уменьшается количество выполняемых при этом операций, снижается доза облучения персонала, выполняющего эти операции; использование прочного и легкого корпусов отсека и переборок, материалы которых поглощают ионизирующее излучение, при расположении последних между облученным ядерным топливом, размещенным внутри вырезанной ядерной энергетической установки и внешней границей легкого корпуса, способствует дополнительному снижению мощности излучения за пределами отсека; кроме того, за счет предварительной установки приемно-передающей аппаратуры контроля облученного ядерного топлива удается сократить время воздействия ионизирующего излучения на обслуживающий персонал.

Пример 5. То же, что и в примере 4, но две атомных подводных лодки с ядерными энергетическими установками, каждая из которых содержит два легководных реактора с облученным ядерным топливом в активной зоне, транспортируют на стапели, газовыми резаками вырезают из их реакторных отсеков ядерные энергетические установки с подреакторными активированными и загрязненными частями реакторных отсеков, в отделенный газовыми резаками на стапеле от других отсеков атомной подводной лодки отсек устанавливают на нижней части и по бортам внутри прочного корпуса отсека устройство для ввода, перемещения, размещения и фиксации в нем ядерных энергетических установок с подреакторными активированными и загрязненными частями реакторного отсека, используя указанное устройство, размещают и фиксируют две ядерные энергетические установки с облученным ядерным топливом в реакторах внутри прочного корпуса отсека, перемещают отсек атомной подводной лодки с размещенными в нем ядерными энергетическими установками с облученным ядерным топливом и оборудованием для контроля его состояния со стапеля стапельного поля на площадку для наземного хранения на охраняемой территории, хранят облученное ядерное топливо, размещенное в ядерных энергетических установках, внутри отделенного отсека атомной подводной лодки. Размещение в отсеке двух ядерных энергетических установок с облученным ядерным топливом позволяет повысить степень заполнения отсека облученным ядерным топливом, при готовности к вырезке из реакторных отсеков атомных подводных лодок двух ядерных энергетических установок с облученным ядерным топливом в активных зонах реакторов.

Пример 6. То же, что и в примере 5, но вырезают два смежных отсека атомной подводной лодки, в каждом из которых размещают на хранение по две ядерных энергетических установки с двумя легководными реакторами каждая, вырезанных из реакторных отсеков атомных подводных лодок, хранят облученное ядерное топливо в реакторах ядерных энергетических установок внутри смежных отсеков, отделенных от отсеков атомной подводной лодки. При размещении ядерных энергетических установок с облученным ядерным топливом в смежных отсеках удается дополнительно сократить время воздействия ионизирующего излучения на обслуживающий персонал за счет дублирования предварительно установленной приемно-передающей аппаратуры контроля облученного ядерного топлива в смежных отсеках (по сравнению с той же последовательностью и совокупностью действий для двух отдельных отсеков), размещение четырех ядерных энергетических установок в двух смежных отсеках возможно при готовности к вырезке из реакторных отсеков атомных подводных лодок четырех ядерных энергетических установок с облученным ядерным топливом.

Изобретения применимы при обращении с облученным ядерным топливом, судовым облученным ядерным топливом, в особенности, для размещения облученного ядерного топлива на длительное хранение в отсеке атомной подводной лодки, преимущественно облученного ядерного топлива в выводимых из эксплуатации плавучих технических базах перезарядки реакторов и временных береговых хранилищ, и выведенных из эксплуатации ядерных энергетических установок с активными зонами с облученным ядерным топливом; применимость изобретений базируется на накопленном опыте разделки, в основном - газовой резки, корпусов атомных подводных лодок, наличии подлежащих выводу из эксплуатации плавучих технических баз перезарядки ядерных реакторов и береговых хранилищ судового облученного ядерного топлива, подлежащих выводу из эксплуатации атомных подводных лодок с находящимся в активной зоне реакторов их ядерных энергетических установок облученным ядерным топливом, в частности.

Формула изобретения

1. Способ обращения с облученным ядерным топливом, включающий его размещение в баках хранилища облученного ядерного топлива и в отсеке плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов, вырезку из плавучей технической базы отсека с хранилищем, отделение отсека от других отсеков атомной подводной лодки, размещение в отделенном отсеке атомной подводной лодки вырезанного из плавучей технической базы отсека с хранилищем, хранение отделенного отсека атомной подводной лодки с вырезанным из плавучей технической базы отсеком с облученным ядерным топливом.

2. Способ по п. 1, при котором вначале в баках хранилища облученного ядерного топлива плавучей технической базы перезарядки ядерных реакторов размещают облученное ядерное топливо, затем вырезают из плавучей технической базы отсек с хранилищем, после чего в вырезанном отсеке дополнительно размещают облученное ядерное топливо.

3. Способ по п.1 или 2, при котором отделяют более одного отсека от других отсеков атомной подводной лодки.

4. Способ обращения с облученным ядерным топливом, включающий вырезку ядерной энергетической установки с облученным ядерным топливом в активной зоне реактора, отделение отсека от других отсеков атомной подводной лодки, размещение в отделенном отсеке атомной подводной лодки вырезанной ядерной энергетической установки, хранение отделенного отсека атомной подводной лодки с вырезанной ядерной энергетической установкой.

5. Способ по п. 4, при котором в отсеке размещают более одной ядерной энергетической установки.

6. Способ по п.4 или 5, при котором отделяют более одного отсека от других отсеков атомной подводной лодки.