一种长期储存废核燃料的方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]已知一些在燃料池中储存废核燃料的方法。
[0007]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(俄罗斯专利冊2403633，621(:19/06，621?9/36，2010年)。
[0008]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)。
[0009]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)。
[0010]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。
[0011 ]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]已知在专利US6802671,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。
[0015]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)。
[0016]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饶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。
[0017]还已知一种将废核燃料存储在对流冷却放置箱内的方法，其中将装有废燃料的套管放置在具有密封盖的金属容器内，而且所述金属容器的两侧和端部都设置有散热片，所述散热片同时也是间隔元件和阻尼元件。所述容器安装在具有空气流通间隙的放置箱的壳体内，而且所述容器的散热片与所述放置箱内部的底和侧表面接合。放置箱的壳体由外侧和内侧的金属壳构成，在内外侧金属壳之间的空间内填充有如耐火混凝土和/或中子吸收成分的防辐射材料。在外壳之间装有与内壳相切的钢筋散热元件，所述散热元件为一种带穿孔的金属板，所述金属板焊接到内壳上并与外壳紧密接触。在壳体底部设置有冷却的入口通道，在盖上设置有冷却的出口通道。当容器失去密封性时用螺塞封堵冷却通道(俄罗斯专利RU2231837 ,G21F5/008，2004年)。
[0018]这种技术方案的缺点为当放置有废核燃料的套管的金属容器失去密封性时无法向环境排出放射性的可能性。
[0019]—种“干式”储存核潜艇反应堆的废核燃料的方法与本发明最为接近，包括将作为堆芯组成部分的废抽出件从废核燃料中卸下来，并在其卸下后立即放置到密封钢罐的预先冷却的一个存储单元中，所述密封钢罐位于铅铋共晶合金液体内，所述铅铋共晶合金液体是预先在高于其熔点的温度下加热形成的。在所述钢罐的顶部安装有密封帽。在关闭加热系统、剩余的放热量减弱和凝固后，将装有废抽出件的共晶罐转移到长时间冷却的储存单元中，接下来可以存储3-5年或者更久。(兹罗德尼科夫，A.B.等人，处理核潜艇液态金属反应堆废