Упаковочный комплект для хранения и транспортировки изделия с радиоактивным веществом
Владельцы патента RU 2531363:
Федеральное Государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики-ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к области защитной техники при работе с радиоактивными веществами, в частности, к устройствам для длительного хранения и транспортирования высокоактивных радиоактивных материалов, в том числе авиационным транспортом. Упаковочный комплект для хранения и транспортировки изделия с радиоактивным веществом содержит внешний контейнер, внутренний контейнер, в котором расположено изделие с радиоактивным веществом. Внешний контейнер состоит из основания и колпака, имеющего слоистую структуру. Между ним и внутренним контейнером установлен кольцевой демпфер. Изделие с радиоактивным веществом размещено в герметичной капсуле, установленной во внутреннем контейнере, внешняя сторона которой выполнена с демпфирующими элементами. Между капсулой и основанием установлен тепловой мост, при этом демпфирующий элемент заключен между двух плит и кольцом и состоит из по крайней мере двух концентрических обечаек, соединенных ребрами в виде лучей, а капсула имеет штуцер для заполнения ее инертным газом. Технический результат: повышение стойкости защитного контейнера к аварийным факторам высокой интенсивности, возникающим при аварии транспортных средств (например, самолета), снижение температуры на перевозимом устройстве с целью его сохранения при перевозке. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Транспортный упаковочный комплект (ТУК) относится к области защитной техники при работе с радиоактивными веществами, в частности к устройствам для длительного хранения и транспортирования высокоактивных радиоактивных материалов, в том числе авиационным транспортом.
Транспортный упаковочный комплект предназначен для перевозки радионуклидного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) автомобильным, железнодорожным и воздушным транспортом. При этом согласно требованиям правил безопасной перевозки радиоактивных материалов, TS-R-1, издание 2009 г., МАГАТЭ, Вена (далее - TS-R-1) и федеральных норм и правил в области использования атомной энергии «Правил безопасности при транспортировании радиоактивных материалов НП-053-04» (далее - НП-053-04) ТУК, как упаковка типа С, должен выдерживать нагрузки, имитирующие аварийные ситуации при транспортировке различными видами транспорта (удары, пожар и т.д.). Особенностью РИТЭГ является, с одной стороны, наличие в его составе теплового радионуклидного блока (ТБ), а с другой, - выведение его из рабочего состояния при определенных температурах. Таким образом, одной из главных задач, помимо обеспечения безопасности при перевозке радиоактивного материала, входящего в состав РИТЭГ, является отвод тепла, выделяемого ТБ, в окружающую среду.
Известен упаковочный комплект транспортный для хранения и транспортирования плоских источников ионизирующих излучений (п. РФ №26863, опубл. 20.12.2002), включающий охранную тару и герметичный защитный контейнер для хранения и транспортирования плоских, в том числе и открытых источников ионизирующих излучений. Герметичный защитный контейнер выполнен из коррозионно-стойкой стали в виде двух плоских дисков, которые герметизируются через прокладку из отожженной меди болтами, затягиваемыми через динамометр контролируемым усилием, а внутри защитного контейнера устанавливается кольцевая кассета, состоящая из трех элементов: нижнего кольца, на которое укладывается и крепится промежуточное кольцо с отверстиями для размещения плоских источников ионизирующих излучений, и верхнего кольца, которым источники фиксируют в гнездах путем стяжки верхнего и нижнего колец специальными винтами, не выходящими после стяжки за габариты толщины кассеты, контейнер устанавливают внутри транспортной тары и фиксируют прокладками из негорючего материала.
Недостатком данного упаковочного комплекта является отсутствие штуцера с клапаном в кольцах внутреннего контейнера, что не позволяет стравливать газ, появляющийся при радиоактивном распаде; незащищенность крепежных элементов внутреннего контейнера, что не обеспечивает их целостность при аварийных воздействиях; наличие острых ребер и разнотолщинность стенок внутреннего контейнера, что снижает его прочность при ударных воздействиях; отсутствие демпфирующих элементов в прокладках из негорючего материала транспортного контейнера, которые должны обеспечивать вибропрочность конструкции при транспортировке; а также отсутствие необходимого теплоотвода от перевозимого изделия в окружающую среду.
В качестве прототипа выбрана контейнерная система для транспортировки и хранения высокорадиоактивных материалов (п. РФ №2298242, опубл. 27.04.2007), включающая в себя внешний контейнер, охватывающий по меньшей мере один внутренний контейнер, в котором расположен радиоактивный материал. Внутренний контейнер подпружиненно установлен во внешнем контейнере, на внутренней поверхности боковой стороны, на крышке и дне которого расположены направленные во внутреннее пространство внешнего контейнера пружинящие элементы.
Недостатком данной контейнерной системы является наличие пружинящих элементов у внешнего контейнера, работающих во всех направлениях, что обуславливает их низкую резонансную частоту при большой жесткости пружинящих элементов, и обладающих низкой теплопроводностью, что препятствует отводу тепла от радионуклидного источника в окружающую среду.
Задачей данного изобретения является создание упаковочного комплекта для обеспечения возможности длительного хранения и транспортирования высокоактивных радиоактивных веществ, в том числе авиационным транспортом, который к тому же способствовал бы отведению тепла от перевозимого РИТЭГ.
Техническим результатом является повышение стойкости защитного контейнера к аварийным факторам высокой интенсивности, возникающим при аварии транспортных средств (например, самолета), снижение температуры перевозимого устройства с целью его сохранения при перевозке и хранении.
Задача решается тем, что в упаковочном комплекте для хранения и транспортировки изделия с радиоактивным веществом, содержащем внешний контейнер, внутренний контейнер, в котором расположено изделие с радиоактивным веществом, внешний контейнер состоит из основания, имеющего в составе демпфирующий элемент, и колпака, имеющего слоистую структуру, между ним и внутренним контейнером установлен кольцевой демпфер. Изделие с радиоактивным веществом размещено в герметичной капсуле, установленной во внутреннем контейнере, внешняя сторона которой выполнена с демпфирующими элементами. Между капсулой и основанием установлен тепловой мост, при этом демпфирующий элемент заключен между двух плит и кольцом и состоит из по крайней мере двух концентрических обечаек, соединенных ребрами в виде лучей, и обеспечивает поглощение энергии при механических воздействиях, а также отвод тепла, поступающего от радионуклидного источника, в окружающую среду. Капсула имеет клапан для заполнения ее инертным газом. Тепловой мост выполнен в виде двух плоских площадок, соразмерных площади соприкасающихся поверхностей, соединенных между собой теплоотводящими элементами. Слоистая структура колпака включает наружную и внутреннюю металлические оболочки с заключенным между ними слоем металлических плиток, которые выполнены в форме прямоугольных сегментов цилиндра. Внутренний контейнер содержит выполненные из древесины, облицованные нержавеющей сталью корпус и крышку, при этом корпус имеет выемку, в которой размещена крышка. Между древесиной и облицовкой из нержавеющей стали имеются теплоизоляционные плитки. Теплоизоляционные плитки выполнены из базальтового волокна. В корпусе внутреннего контейнера размещен герметичный металлический сосуд с фланцем, зажатый между корпусом и крышкой внутреннего контейнера при помощи крепежных элементов. Герметичная капсула размещена в герметичном металлическом сосуде и сверху поджата упругими элементами. Штуцер капсулы имеет клапан, герметизирующий полость капсулы металлической прокладкой. На торцевой поверхности колпака с внешней стороны имеются ребра жесткости. Основание и колпак имеют соединенные между собой крепежными элементами фланцы, между которыми установлен кольцевой демпфер.
Упаковка, включающая внешний прочный контейнер, содержащий колпак и основание, соединенные между собой при помощи крепежных элементов и кольцевого демпфирующего элемента, обеспечивает прочность соединения и нераскрытие стыка при аварийных ударных воздействиях. Установленный между фланцами основания и колпака кольцевой демпфер необходимой жесткости позволяет повысить податливость соединения фланцев при аварийных воздействиях и тем самым обеспечить нераскрытие стыка внешнего контейнера.
Упаковка также включает внутренний демпфирующий контейнер, жестко закрепленный во внешнем контейнере. Как внешний, так и внутренний контейнеры предназначены для поглощения энергии при ударных воздействиях.
Пружинные элементы, имеющиеся с наружной стороны крышки капсулы, обеспечивают необходимое усилие поджима капсулы во внутреннем сосуде демпфирующего контейнера и вибропрочность конструкции при транспортной вибрации.
На чертеже показан продольный разрез упаковочного комплекта для транспортировки и хранения изделия с радиоактивным веществом.
ТУК включает внешний прочный контейнер 1, внутренний демпфирующий контейнер 2 и герметичную капсулу 3.
Внешний прочный контейнер 1 цилиндрической формы состоит из основания 4 и колпака 5, причем последний имеет слоистую конструкцию, включающую наружную 6 и внутреннюю 7 оболочки с заключенными между ними прочными плитками 8, расположенными в один слой. На торцевой поверхности колпака 5 с внешней стороны имеются ребра жесткости 9, обеспечивающие прочность конструкции.
Основание 4 и колпак 5 имеют фланцы 10, которые соединяются при помощи закрепленных на основании 4 болтов и гаек. Между фланцами 10 установлен кольцевой демпфер 11 необходимой жесткости, позволяющий повысить податливость соединения фланцев 10 при аварийных воздействиях и тем самым обеспечить нераскрытие стыка внешнего контейнера.
Основание 4 имеет в своем составе демпфирующий элемент 12, заключенный между двух плит 13 и 14 и кольца 15 и состоящий из ряда концентрических обечаек 16, соединенных ребрами 17 в виде лучей, обеспечивающий поглощение энергии при механических воздействиях, а также отвод тепла, поступающего от радионуклидного источника, в окружающую среду.
Внутренний демпфирующий контейнер 2 имеет корпус 18, крышку 19 и зажимаемый между ними цилиндрический сосуд 20. Корпус 18 и крышка 19 включают наружную оболочку 21 из нержавеющей стали и демпфирующий слой 22 из дерева, пропитанного биоогнезащитным составом. Корпус 18 и крышка 19 соединяются между собой при помощи винтов. Сосуд 20 из нержавеющей стали также имеет корпус 23 и крышку 24, соединяемые между собой винтами. В крышке 24 цилиндрического сосуда 20 имеется штуцер 25, за который сосуд 20 можно поднимать и через который он может заполняться инертным газом. В штуцере 25 имеется клапан 26, герметизируемый металлической прокладкой 27.
Внутренний демпфирующий контейнер 2 имеет устройство теплоотвода, состоящее из двух плит 28 и 29 с высокой теплопроводностью, расположенных на внутренней и наружной поверхностях днища внутреннего контейнера, соединенных рядом стержней 30 (пятью), выполненных из того же материала, что и плиты, и располагающихся симметрично относительно оси контейнера, один из которых, находящийся в центре, имеет больший диаметр.
Конструкция капсулы 3 включает корпус 31 и крышку 32, соединяемые винтами. Между корпусом 31 и крышкой 32, имеющими элементы обеспечения герметичности, расположена резиновая герметизирующая прокладка 33. В крышке 32 капсулы 3 имеется клапан 34, через который она может заполняться инертным газом, герметизируемый металлической прокладкой 35. С внутренней и наружной сторон крышки капсулы расположены пружины 36 и 37, посредством которых перевозимый РИТЭГ поджимается в капсуле 3, а сама капсула - в цилиндрическом сосуде 20. Поджатие и фиксация перевозимого РИТЭГ в радиальном направлении осуществляется с помощью втулки 38. Толщина корпуса 31 и крышки 32 капсулы 3 и имеющиеся на них проточки обеспечивают сохранность устанавливаемого в капсулу изделия (на чертеже представлено пунктирными линиями) при всех регламентированных аварийных воздействиях на транспортный упаковочный комплект с изделием, отвечающих требованиям при воздушном транспортировании.
Внешний прочный контейнер 1 имеет на боковой поверхности четыре проушины 39 для подъема транспортного упаковочного комплекта и крепления ТУК в транспортном средстве.
1. Упаковочный комплект для хранения и транспортировки изделия с радиоактивным веществом, содержащий внешний контейнер, внутренний контейнер, в котором расположено изделие с радиоактивным веществом, отличающийся тем, что внешний контейнер состоит из основания, имеющего в составе демпфирующий элемент, и колпака, имеющего слоистую структуру, между ним и внутренним контейнером установлен кольцевой демпфер, изделие с радиоактивным веществом размещено в герметичной капсуле, установленной во внутреннем контейнере, внешняя сторона которой выполнена с демпфирующими элементами, между капсулой и основанием установлен тепловой мост, при этом демпфирующий элемент заключен между двух плит и кольцом и состоит из по крайней мере двух концентрических обечаек, соединенных ребрами в виде лучей, а капсула имеет клапан для заполнения ее инертным газом.
2. Комплект по п.1, отличающийся тем, что тепловой мост выполнен в виде двух плоских площадок, соразмерных площади соприкасающихся поверхностей, соединенных между собой теплоотводящими элементами.
3. Комплект по п.1, отличающийся тем, что слоистая структура колпака включает наружную и внутреннюю металлические оболочки с заключенным между ними слоем металлических плиток, которые выполнены в форме прямоугольных сегментов цилиндра.
4. Комплект по п.1, отличающийся тем, что внутренний контейнер содержит выполненные из древесины, облицованные нержавеющей сталью корпус и крышку, при этом корпус имеет выемку, в которой размещена крышка.
5. Комплект по п.4, отличающийся тем, что между древесиной и облицовкой из нержавеющей стали имеются теплоизоляционные плитки.
6. Комплект по п.5, отличающийся тем, что теплоизоляционные плитки выполнены из базальтового волокна.
7. Комплект по п.4, отличающийся тем, что в корпусе внутреннего контейнера размещен герметичный металлический сосуд с фланцем, зажатый между корпусом и крышкой внутреннего контейнера при помощи крепежных элементов.
8. Комплект по п.7, отличающийся тем, что герметичная капсула размещена в герметичном металлическом сосуде и сверху поджата упругими элементами.
9. Комплект по п.1, отличающийся тем, что штуцер капсулы имеет клапан, герметизирующий полость капсулы металлической прокладкой.
10. Комплект по п.1, отличающийся тем, что на торцевой поверхности колпака с внешней стороны имеются ребра жесткости.
11. Комплект по п.1, отличающийся тем, что основание и колпак имеют соединенные между собой крепежными элементами фланцы, между которыми установлен кольцевой демпфер.
