CZ20021418A3 - Zásobník pro radioaktivní materiály - Google Patents

Description

Zásobník pro radioaktivní materiály

Oblast techniky

Vynález se týká zásobníku pro radioaktivní materiály s několika k sobě přilehlými oddíly, který je určen pro uchovávání, skladování a transport upravených radioaktivních materiálů jako jsou palivové články z jaderných reaktorů nebo podobné > materiály.

Zásobník podle vynálezu může být zejména používán pro transport nebo skladování palivových článků z jaderných reaktorů nebo jiných jaderných zařízení v suchém nebo mokrém prostředí. Tento zásobník pak může být dále uložen do transportního nebo skladovacího kontejneru nebo do nádrže reaktoru nebo do příslušné, k tomuto účelu určené budovy. Zásobník může být rovněž uložen v geologických vrstvách.

Vynález je zvláště vhodný pro výrobu kompaktních zásobníků vybavených oddíly o pravidelném průřezu, např. šestihranném. V tomto typu zásobníku je možno skladovat palivové články o šestihranném průřezu jako jsou palivové články typu VVER, které se užívají v některých jaderných reaktorech; tímto způsobem je možno optimálně využít daný prostor. Samozřejmě může být zásobník podle vynálezu rovněž vytvořen s oddíly o jednodušším průřezu, např. čtvercovém nebo obdélníkovém, do kterých lze uložit palivové články typu, který je často užíván v lehko vodních jaderných reaktorech.

Stav techniky

Palivové články pro jaderné reaktory a jiný radioaktivní materiál, který má být transportován nebo skladován, se nejprve uloží do nádob nebo regálů (také nazývaných příhradové regály ), jenž bude poté uložen do transportního kontejneru nebo skladovacího kontejneru nebo do instalace k tomuto účelu určené.

Tento typ zásobníku musí splňovat několik velice důležitých funkcí. Zejména musí zásobník vykazovat vysokou mechanickou odolnost a schopnost poskytnout radioaktivnímu materiálu vhodný obal; navíc musí být manipulace s tímto zásobníkem velice snadná.

Vzhledem k povaze radioaktivního materiálu musí zásobník splňovat různé funkce spojené s jadernou bezpečností během transportu nebo skladování. Tyto funkce zahrnují především potřebu odvádět teplo produkované materiály obsaženými v zásobníku a kontrolovat jadernou kritičnost v případě, že jde o štěpné materiály, které by mohly vyvolat řetězovou reakci.

Mechanická odolnost zásobníku je nezbytná z toho důvodu, aby geometrie zásobníku mohla být za všech okolností zachována a to i během manipulace se zásobníkem za účelem dodržení jaderné kritičnosti a to i v případě zrychlení, ke kterému dochází během transportu nebo v případě nenadálé kolize nebo pádu zásobníku.

,ρ-f»

Stávající zásobníky jsou obvykle vybaveny oddíly s přepážkami z kompozitních materiálů sendvičového typu, které jsou vyrobeny z postupných vrstev různých materiálů, jež jsou v kontaktu jedna s druhou a každá z nich plní alespoň jednu z výše uváděných potřebných funkcí.

Např. lze využít vrstvu z materiálu dobře odvádějícího teplo jako je hliník, měď a hliníkové a měděné slitiny ve spojení s vrstvou strukturního materiálu, která dodává zásobníku mechanickou odolnost v případě náhlého šoku, dále vrstvu materiálu obsahujícího prvek absorbující neutrony jako je bór nebo kadmium. Takovým strukturním materiálem s vysokou mechanickou odolností může být nerez ocel, uhlíková ocel nebo hliník nebo některé ze slitin těchto materiálů. Materiál obsahující prvek absorbující neutrony je obvykle nerez ocel, hliník nebo jeho slitiny nebo spékaný materiál, např. na bázi karbidu bóru. V případě nerez oceli nebo hliníku je prvek absorbující neutrony obvykle přidáván přímo do tohoto materiálu, což nijak výrazně nesnižuje jeho mechanickou odolnost. Jediná vrstva materiálu je pak • ·

dostatečná ktomu, aby zajistila vysokou mechanickou odolnost a kontrolu jaderné kritičnosti.

V prvním typu známého zásobníku jsou přepážky oddílů z kompozitního materiálu vyrobeny tak, že se pokládají pásy plochých nebo profilovaných materiálů na sebe v podélném směru. Každý pás je tak složen v několika vrstev výše uvedených materiálů. Další známou metodou, jak dosáhnout pravidelného navrstvení různých materiálů v podélném směru je vytvořit v pásech zarážky nebo drážky, do nichž pak jednotlivé pásy zapadají a vzájemně spolu kooperují, takže pásy jsou pevně ksobě spojeny kolmo na osu oddílů.

Jiný typ známého zásobníku neobsahuje kompozitní pásy, ale vrstvy různých materiálů prostřídané v podélném směru oddílů. Přesněji vyjádřeno, pásy o stejné geometrii jsou vyrobeny z různých materiálů a jsou na sebe vrstveny tak, aby vytvořily sekvenci komponentů v podélném směru, při čemž každá z těchto vrstev plní alespoň jednu z požadovaných funkcí. Dokument EP-A*/ 0 329 581 popisuje zásobník vyrobený tímto způsobem.

V některých případech a za určitých podmínek je možno také vyrobit zásobník jen z jednoho materiálu. Např. hliník je dobrý vodič tepla a je velice snadné jej spojit s prvkem absorbujícím neutrony jako je např. bór. Potřebná mechanická odolnost hliníkových částí zásobníku se pak dosáhne tím, že se jednotlivé části zásobníku vyrobí z dostatečně silných hliníkových desek nebo hliníkových profilů o průřezu ve tvaru H nebo U.

I když redukce počtu použitých materiálů pro výrobu zásobníku zjednodušuje výrobu a snižuje náklady, může tak docházet kjisté ztrátě výkonnosti zásobníku. V případě zásobníku pro jaderné materiály vyrobeného pouze z hliníku je velice obtížné dodržet potřebnou mechanickou odolnost, zejména při vysokých teplotách, které se mohou vyskytovat v zásobníku obsahujícím radioaktivní materiály. Tloušťka hliníkových částí musí být tedy zvyšována nebo je třeba zkonstruovat zásobník převážně z velmi silných profilů, jak se výše uvádí. Výsledkem pak je výrobek, kterýje příliš těžký, a dokonce dochází i k nežádoucí redukci počtu příslušných oddílů a tím i jeho kapacity.

Jestliže však má být vyroben zásobník vysoce výkonný, např. vzhledem k povaze radioaktivního materiálu nebo vzhledem k hmotnosti přepravovaného a skladovaného materiálu či vzhledem kjeho rozměrům, pak jsou zásobníky vyrobené z kompozitních materiálů, tedy z několika vrstev materiálů schopných plnit různé funkce, obvykle daleko výhodnější přes jejich komplexnost a vyšší náklady spojené s jejich výrobou.

Nehledě na počet použitých materiálů mohou vzniknout různé potíže při výrobě dosavadních známých zásobníků. Pásy pro jednotlivé vrstvy je třeba vyrobit s velkou přesností, aby mohly být dokonale vyrovnány při navrstvení. Tato podmínka je zásadní pro výrobu oddílů zásobníku s konstantním průřezem a s dokonale hladkou stěnou, aby bylo možno zabránit jakémukoli zadrhnutí radioaktivního materiálu uvnitř zásobníku při vkládání a vyjímání. Jestliže jsou v pásech tvořících vrstvy vytvořeny zarážky nebo drážky, musejí být velice přesně opracovány, aby nevznikla při spojování žádná vůle; je tak je možno zajistit, aby zásobník vykazoval potřebnou tuhost, aniž dojde k nesprávnému vyrovnání příslušných pásů.

Jestliže mají oddíly zásobníku čtvercový nebo obdélníkový průřez, je možno tyto potíže překonat přesným opracováním, ačkoli náklady s ním spojené nejsou nikterak zanedbatelné. Jak je zobrazeno na obr. 6 dokumentu EP-A-0 329 581pro tento typ oddílu zásobníku jsou používány pouze jednotlivé pásy, které se vedou od jedné strany zásobníku ke druhé bez jakéhokoli přerušení materiálu mezi přepážkami v přilehlých oddílech. Toto uspořádání zlepšuje kohezi a mechanickou odolnost zásobníku.

Použití těchto technik je daleko složitější u zásobníků s póly gonálními oddíly ( např. šestihranné oddíly ) o větším počtu stran. Pokud jde o příklad šestihranných oddílů, je nutno použít pásy skládané do přerušovaných vedení, které jsou pak uspořádány do příslušných směrů, jak je zobrazeno na obr. 5 výše uváděného • ti · ti • titi · • ti ti · ti • ti • ·' dokumentu EP-A-0 329 581. V tomto případě není možné použít jednotlivé pásy procházející průřezem zásobníku a z tohoto důvodu je tedy třeba uspořádat velký počet pásů. Nezbytná diskontinuita pásů při tomto uspořádání nutně snižuje žádoucí příčnou tuhost a tím i všeobecnou mechanickou odolnost celého zásobníku. Dalším důsledkem zvýšeného počtu použitých pásů a jejich skládání je značně zvýšená obtížnost jak při výrobě, tak i sestavování zásobníků. Vzhledem ktomu, že všechny pásy by měly být vlastně zdvojeny a uloženy po celé výšce zásobníku, je třeba použít specielní výrobní techniky k tomu, aby nedošlo k rozměrovým chybám, aby byly zachovány minimální tolerance a vůle při sestavování tak,že budou vyrobeny oddíly s konstantním průřezem a dokonale hladkými stěnami. Aplikace těchto technik však vyžadují velké výrobní náklady.

Jak je zobrazeno v dokumentu EP-A-0 752 151, další známá metoda zhotovení zásobníku spočívá v tom, že se vytvoří zásobník s oddíly s prismatickým pravidelným polygonálním průřezem tak, že se spojí svazek identických kovových trubek o stejném průřezu. Trubky mohou být vyrobeny z jednoho kusu o požadovaném tvaru a rozměrech a za vynaložení rozumných výrobních nákladů tzv. protlačováním. Délka trubek je s výhodou zvolena tak, aby byla rovná výšce zásobníku, což přispívá k usnadnění montáže a snížení nákladů. Svazek trubek je kompaktní a vykazuje nezbytnou kohesi, k čemuž přispívají spojovací prostředky jako jsou vyztužovací pásy svírající svazek trubek, které jsou rozmístěny po celé výšce svazku.

Hlavní nevýhoda tohoto technického řešení podle dokumentu EP-A-0 752 151 však spočívá vtom, že je vlastně omezena na trubky vyrobené pouze z jednoho materiálů. V tomto případě musí být příslušný materiál schopen plnit všechny výše uvedené potřebné funkce. Jak bylo již zmíněno, použití jednoho materiálu je výhodné pro výrobu a snížení nákladů, ale může zase vést ke snížení výkonu zásobníku a to zejména ke snížení jeho skladovací kapacity vzhledem k jeho hmotnosti a velkým rozměrnost.

Závěrem je třeba konstatovat, že žádné z dosavadních, výše uváděných technických řešení výroby skladovacích zásobníků pro radioaktivní materiály není • · • · · schopno splnit požadované funkce a to jednoduchým a optimálním způsobem, aniž přitom dojde ke snížení výkonu zásobníku, zejména pokud jde o jeho skladovací kapacitu a to bez ohledu na tvar příslušných oddílů zásobníku i v případě šestihranných tvarů oddílů zásobníku.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vyrobit skladovací zásobník pro radioaktivní materiály jako jsou palivové články z jaderných reaktorů, který by splňoval všechny požadované funkce na tento zásobník kladené a současně zajistil nezbytnou kontrolu jaderné kritičnosti, přenos tepla a mechanickou odolnost a to bez ohledu na tvar oddílů zásobníku, avšak při plném zachování nebo i zdokonalení skladovací kapacity známých zásobníků.

Podle vynálezu je možno tohoto cíle dosáhnout a vyrobit zásobník pro radioaktivní materiály s několika rovnými kovovými trubkami uspořádanými do svazku pomocí spojovacích prostředků, které seskupí trubky paralelně ksobě do pravidelné sítě a vytvoří tak několik přilehlých oddílů pro radioaktivní materiály, při čemž každá z těchto trubek tvoří souvislou stěnu příslušného oddílu. Zásobník je vyznačen tím, že je vybaven několika kovovými křížovými tvarovkami, které mají alespoň tři příruby navzájem spojené společným okrajem, přičemž jsou tyto křížové tvarovky umístěny mezi trubky tak, že vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo první stěny a j sou s ní alespoň v částečném kontaktu.

Vzhledem ke skutečnosti, že každý oddíl zásobníku je vymezen první stěnou trubky a druhou stěnou sestavenou z přírub křížových tvarovek vpravených mezi trubky, neexistují již žádné obtíže, které by byly na překážku vytvoření zásobníku s oddíly o průřezu ve tvaru hranolu. Navíc kompozitní povaha stěn oddílů zásobníku usnadňuje výkon všech jeho požadovaných funkcí výše zmiňovaných. Jinými slovy řečeno, zásobník podle vynálezu umožňuje nej lepší využití vlastností různých materiálů, jakož i optimalizaci výkonu a skladovací kapacity zásobníku, přičemž lze ·

současně vytvářet různé tvary oddílů. Tyto požadavky však zásobníky podle známého stavu techniky nesplňovaly.

Podle výhodného provedení vynálezu jsou křížové tvarovky ve vzájemném kontaktu prostřednictvím vnějších okrajů svých přírub proti uvedeným společným okrajům. Toto uspořádání zajišťuje tepelný kontakt mezi přírubami křížových tvarovek, jakož i souvislost druhé stěny zásobníku.

Vnější okraje přírub křížových tvarovek mohou být opatřeny ploškami paralelními k rovinám uvedených přírub, jejichž prostřednictvím jsou křížové tvarovky navzájem v kontaktu nebo i přídavnými čepy a vybráními, kterými křížové tvarovky do sebe navzájem zapadají.

Podle prvního uspořádání vynálezu je průřez trubek ve tvaru hranolu, čtvercový nebo obdélníkový a křížové tvarovky jsou opatřeny čtyřmi přírubami orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.

Podle druhého provedení vynálezu má průřez trubek tvar šestihranu a křížové tvarovky jsou opatřeny třemi přírubami orientovanými ve třech směrech, které k sobě svírají úhel 120°.

Podle třetího provedení vynálezu má průřez trubek tvar kruhový a křížové tvarovky jsou opatřeny čtyřmi přírubami orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.

Ve všech těchto provedeních může být křížová tvarovka vyrobena jako jeden kus o délce rovné délce trubky nebo může být tvořena několika segmenty křížových tvarovek, které jsou na svých koncích spojeny a jejichž celková délka se pak rovná délce trubky.

· · · · '· · · • · · · · * · · · · ·

V zájmu přispět k účinnosti přenosu tepla jsou křížové tvarovky vyrobeny tak, aby obsahovaly alespoň jednu vrstvu materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující hliník, měď a jejich slitiny.

V případě, že jde o radioaktivní materiál, který je štěpný, alespoň jeden materiál tvořící trubky a / nebo křížové tvarovky obsahuje prvek absorbující neutrony. Materiál absorbující neutrony může být bór, hafnium nebo kadmium. Vhodný je zejména bór obohacený bórem 10 a to nejméně o 80 hmot. %.

Podle provedení vynálezu jsou příruby křížových tvarovek vyrobeny alespoň ze dvou odlišných vrstev materiálů, které jsou navzájem v kontaktu.

í

Aby mohly trubky splňovat jednu z jejich základních funkcí, tedy zajišťovat mechanickou odolnost zásobníku za všech okolností, jsou s výhodou vyrobeny z materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující nerez ocel, uhlíkovou ocel, hliník a jejich slitiny s dobrými mechanickými vlastnostmi, jakož i titan.

Podle prvního provedení vynálezu obsahují spojovací prostředky alespoň dvě kovové výztuže obklopující svazek trubek v různých jeho výškách.

S výhodou jsou tyto výztuže vyrobeny z materiálu o koeficientu tepelné expanze nižším nebo rovným koeficientu tepelné expanze materiálu, ze kterého jsou vyrobeny trubky.

Podle druhého provedení vynálezu jsou spojovací prostředky opatřeny alespoň dvěma deskami umístěnými v různých výškách zásobníku a spojkami pevně uchycujícími tyto desky navzájem, při čemž každá deska je perforována řadou děr, které mají stejný tvar jako je průřez trubky; do těchto děr jsou pak trubky napevno uchyceny.

Alespoň jedna ze dvou uvedených desek je umístěna na jednom konci zásobníku. Navíc jsou spojky s výhodou upevněny k deskám šrouby.

Podle druhého provedení spojovacích prostředků je každá spojka navíc k vnější ploše opatřena vnitřní plochou svazku trubek a přidružených křížových tvarovek, přičemž tak tvoří vnější plochu zásobníku. Ve všech případech je zásobník opatřen tuhým dnem.

Přehled obrázků na výkresech

V dalším textu budou popsány příklady možného provedení vynálezu, které však nikterak neomezují rozsah vynálezu, a to s odvoláním na připojené výkresy s obrázky:

Obr. 1 je perspektivní schematický pohled na zásobník pro radioaktivní materiály podle prvního provedení vynálezu.

Obr. 2 je řez spojený s pohledem na zadní obrysy zásobníku podle obr. 1 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Obr. 3A a 3B jsou řezy srovnatelné s obr. 2 a zobrazují dvě možná provedení konců přírub křížových tvarovek ve větším měřítku.

Obr. 4 je řez srovnatelný s obr. 1 znázorňující druhé provedení vynálezu.

Obr. 5 je pohled v řezu na zásobník zobrazený na obr. 4 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Obr. 6 je perspektivní pohled na třetí provedení vynálezu.

Obr.7 je řez zásobníkem zobrazeným na obr. 6 ve větším měřítku podél horizontální roviny.

Popis vynálezu

Obr. 1 znázorňuje zásobník pro radioaktivní materiály podle prvního výhodného provedení technického řešení podle vynálezu. Tento zásobník sestává z několika trubek 10, několika kovových křížových tvarovek 12 ( obr. 2 ) umístěných mezi trubkami LO a ze spojovacích prostředků 14, které zajišťují kohezi a kompaktnost celého svazku tvořícího zásobník.

Jak bylo již výše uvedeno, radioaktivní materiál, který se má převážet nebo uskladnit v zásobníku podle vynálezu, může být jakékoli povahy. Zvláště však může jít o palivové články z jaderných reaktorů formované tak, že jejich průřez je čtvercový nebo šestihranný.

Trubky 10 jsou rovné, kovové trubky o stejných rozměrech. Všechny trubky l_0 mají stejný průřez i délku a jsou vyrobeny ze stejného materiálu. Spojovací prostředky 14 svazují trubky 10. paralelně ksobě v pravidelném síťovém uspořádání v jeden celek.

Je třeba upřesnit, že svazek trubek 10 je určen k tomu, aby trubky byly v zásobníku umístěny vertikálně. Výsledkem je několik k sobě přilehlých oddílů 16, z nichž každý může obsahovat radioaktivní materiál, např. palivové články z jaderných reaktorů, které mají být transportovány a/ nebo uloženy.

Každá z trubek 10 tvoří první stěnu odpovídajícího oddílu 16. První stěna vytváří oddíl 16 po celé jeho délce a obvodu a to bez jakéhokoli přerušení.

Kovové křížové tvarovky 12 jsou kovové části tvořené řadou rovných desek, tj. přírub 18 bez jakéhokoli otvoru. Všechny příruby 18 pro jednu kovovou křížovou tvarovku 12 jsou spojeny navzájem rovným společným okrajem a jsou rozmístěny ve stejných úhlových odstupech na tomto okraji.

Z uspořádání zobrazeného na obr. 1 je zřejmé, že délkakovových křížových tvarovek 12 je stejná jako délka trubek 10.

Ve variantním provedení technického řešení podle vynálezu ( nezobrazeno ) je každá kovová křížová tvarovka 12 vytvořena z několika kovových segmentů křížových tvarovek 12 spojených svými konci. Celková délka těchto kovových segmentů křížových tvarovek Ώ. je pak rovná délce trubek 10, • to · ·· ·· • · · * · · • to · · · ···· • ······· ·· • to · · · ·

Každá z kovových křížových tvarovek 12 je sdružena se skupinou přilehlých trubek Π) a jejich počet a rozmístění závisí na průřezu trubek 10 ana tvaru síťového uspořádání tvořeného svazkem trubek K). Společný okraj je umístěn ve středu skupiny trubek 10 paralelně k ose trubek 10. Počet přírub 1£kovových křížových tvarovek 12 se rovná počtu trubek 10 příslušného svazku tvořícího zásobník. Příruba 18 kovové křížové tvarovky 12 je umístěna mezi každým párem přilehlých trubek 10 ve svazku vytvářejícím zásobník.

Příruby 18 každé kovové křížové tvarovky JL2 jsou rozmístěny mezi trubkami 10 tak, že vnější okraje každé příruby 18 proti společnému okraji jsou paralelní s tímto okrajem a v kontaktu s vnějším okrajem příruby 18 přilehlé kovové křížové tvarovky 12. umístěné mezi stejným párem trubek Kk Kovové křížové tvarovky 12 tak vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo každého z oddílů 16,

Navíc je svazek vytvořený spojovacími prostředky 14 uspořádán tak, že každá z přírub 18 kovové křížové tvarovky 12.je v kontaktu s každou z trubek 10 umístěných na každé straně této příruby 18 a to prakticky po celé výšce zásobníku. Druhá stěna oddílů 16 zásobníku je tvořena kovovými křížovými tvarovkami 12 upravenými okolo každého z oddílů 16 a je tedy alespoň v částečném kontaktu s první stěnou oddílů 16 zásobníku vytvořenou trubkami 10.

V provedení technického řešení podle vynálezu zobrazeného v detailu na obr. 1 a 2 má každá trubka 10 řez ve tvaru hranolu. Pravidelné síťové uspořádání svazku trubek 10 je tedy čtvercovou sítí, takže každá skupina trubek 10 je tvořena čtyřmi přilehlými trubkami 10. Podle výše uvedeného uspořádání je pak každá kovová křížová tvarovka 12 tvořena čtyřmi přírubami 1& podél dvou na sebe kolmých směrů. Toto uspořádání znázorněné na obr. 1 a 2 umožňuje kompletní povrchový kontakt mezi přírubami 18 kovových křížových tvarovek 12 a přilehlých stran trubek 10,

Podle druhého nákresu technického řešení podle vynálezu znázorněného na obr. 3B jsou vnější okraje přírub 18 kovových křížových tvarovek 12 proti střednímu okraji vyhotoveny tak, aby jeden okraj mohl Zapadnout do druhého. Tato úprava může '99 9 99 ·· ·· '·♦ .9 9* 9 9 9 9 9 9 9

9 · · · ···· · · ·

9999999 99 99 9 9 9 spočívat např. v použití čepu 22 a jemu odpovídajícího vybrání 24. Popsané uspořádám poskytuje tytéž výhody jako předchozí a navíc zvyšuje kontakt přilehlých částí, jakož i odvod tepelného toku.

V zásobníku podle vynálezu je hlavní funkcí trubek 10 vytvářejících první stěny oddílů 16. vybavit zásobník mechanickou odolností a to jak za normálních podmínek, tak i v případě nějakých nehod ( např. když zásobník spadne ). Geometrie zásobníku je tedy za všech okolností zachována, což pomáhá i udržet kontrolu nad jadernou kritičností.

V zájmu účinné funkce zásobníku je třeba, aby byly trubky 10 vyrobeny z odolného materiálu, s výhodou zvoleného ze skupiny sestávající z nerez oceli, uhlíkové oceli, hliníku a hliníkových slitin s dobrými mechanickými vlastnostmi, jakož i z titanu. Tento seznam materiálů, které mohou být použity, však není zdaleka vyčerpávající.

Trubky 10 mohou být vyrobeny jakoukoli výrobní technikou, např. válcováním nebo složením desky do požadovaného tvaru, který se posléze uzavře svařovaným švem. V případě hliníkových trubek se s výhodou používá techniky protlačování, takže lze vyrobit bezešvé trubky jakéhokoli rozměru a tvaru.

Zásobník podle vynálezu musí odvádět teplo produkované radioaktivními materiály vněm uloženými, čehož lze docílit zejména prostřednictvím kovových křížových tvarovek 12. Tato funkce je velice důležitá tehdy, když je radioaktivní materiál palivovým článkem, který byl ozářén v jaderném reaktoru, jelikož tyto články emitují teplo ve velkém množství.

V provedení technického řešení podle vynálezu je tepelný tok produkovaný radioaktivními materiály přenášen na kov křížových tvarovek 12 prostřednictvím kovu, z něhož jsou zhotoveny trubky 10 vytvářející první stěny zásobníku. Přenos tepla je usnadněn tím, že příruby 18 kovových křížových tvarovek 12 vytvářejících druhé stěny oddílů 16 jsou přilehlé ke stěnám vytvořeným z trubek 10, které tvoří první stěny oddílů 16.

Účinnost tohoto tepelného přenosu je s výhodou zvyšována volbou materiálu použitého pro kovové křížové tvarovky 12 vyrobené z dobře vodivého materiálu jako je měď a její slitiny nebo hliník a jeho slitiny.

Tepelný tok se tak převádí do materiálu kovových křížových tvarovek 12, které jsou ve vzájemném kontaktu svými vnějšími okraji a to zvnitřku směrem ven ze zásobníku. Zejména díky kontaktu mezi vnějšími okraji přírub 1_8 kovových křížových tvarovek 12 prochází tepelný tok směrem ven ze zásobníku téměř bez přerušení, nepotkává se s žádným tepelným odporem, který by mohl způsobit, že by teplota uvnitř zásobníku neúměrně vzrostla.

Tepelný tok se poté rozptýlí do atmosféry nebo do konstrukce, ve které se zásobník nachází při transportu nebo skladování.

Když je zásobník naplněn štěpným radioaktivním materiálem, který by mohl vyvolat jadernou reakci, jeho části musí také plnit třetí základní funkci a to kontrolu jaderné kritičnosti.

Této kontroly se dosáhne jednak mechanickou,odolností zásobníku, která je zajištěna velkou mechanickou odolností trubek 10 vytvářejících první stěny oddílů 16 zásobníku.

Jaderná kritičnost je také z části kontrolována tím, že se do materiálů, z nichž je vytvořena konstrukce zásobníku, přidává prvek absorbující neutrony jako je bór nebo kadmium. Tyto prvky by měly však být do konstrukčních materiálů vpravovány v rozptýlené formě a to buď do kovu trubek 10 nebo do kovu křížových tvarovek 12 nebo do obou těchto konstrukčních materiálů současně. Dále je také možno z prvku absorbujícího neutrony vytvořit vrstvu přiléhající k jedné ze stěn nebo např. formou •···· · ·

(· · · spékaného materiálu na bázi karbidu bóru vytvořit vrstvu na přírubách 18 kovových křížových tvarovek 12.

Je-li prvkem absorbujícím neutrony bór, pak je s výhodou obohacen o bór 10, což je izotop bóru, který je velice účinným absorbérem neutronů. Tato charakteristika nemodifikuje příliš mechanickou a metalurgickou odolnost použitých materiálů.

Dle výhodného provedení technického řešení podle vynálezu jsou příruby 18_ kovových křížových tvarovek 12 vyrobeny z kompozitního materiálu, který je složen jednak z kovu o vysoké vodivosti tepla jako je např. měď nebo měděné slitiny a dále z materiálu s vysokým obsahem bóru jako je spékaný materiál na bázi karbidu bóru.

Jak je zobrazeno v prvním příkladu provedení, stejná složka zásobníku může současně plnit několik funkcí, aby ze tak zlepšil celkový výkon zásobníku.

V provedení technického řešení podle vynálezu zobrazeného na obr. 1 jsou spojovací prostředky 14 tvořeny kovovou výztuží obklopující svazek trubek 10 a kovových křížových tvarovek 12 na různých úrovních. Spojovací prostředky 14 jsou nejméně dva, na obr. 1 jsou však znázorněny tři spojovací prostředky. Každá z těchto kruhových konstrukcí je tvořena kovovou výztuží 26 obklopující svazek trubek 10. S výhodou je kovová výztuž 26 vyrobena z kovu jiného než je kov trubek 10. Kov pro výztuž se zvolí tak, aby jeho koeficient expanze byl menší nebo stejný jako koeficient expanze trubek 10, takže koheze a kontakt mezi trubkami JO a křížovými tvarovkami 12 zůstává nezměněn nebo se zvyšuje tehdy, když teplota vzrůstá. Účinnost přenosu tepla je tak zachována. Síla stahu kovových výztuží je upravena na požadovanou hodnotu napínacím zařízením (nezobrazeno).

Jak je znázorněno na obr. 1, zásobník podle vynálezu může mít tuhé dno nebo desku 28, obvykle kovovou navíc k výše uvedené konstrukci. Trubky 10 a křížové tvarovky 12 spolu se spojovacími prostředky 14 jsou podepřeny dnem 28. Dno 28 ie zejména užitečné pro uchycení radioaktivních materiálů, např. tehdy, když se se zásobníkem separátně manipuluje.

·« · ·· · • · · • · ··· β · · « • ftft <

·.· · · ·

Zásobník podle vynálezu může být rovněž vybaven horní deskou ( není zobrazena ). Tato deska pak musí být opatřena úchytkami pro usnadnění manipulace se zásobníkem.

Podle varianty provedení technického řešení podle vynálezu, která není znázorněna, jsou trubky 10 s průřezem ve tvaru čtverce nahrazeny trubkami 10 s průřezem ve tvaru obdélníku. Kovové křížové tvarovky 12 sestávají pak ze dvou malých, v jedné rovině umístěných přírub 18, jejichž šířka se rovná jedné polovině délky krátké strany obdélníku a dvou širokých přírub .18 kolmých na první dvě příruby 18 o šířce rovné jedné polovině délky dlouhé strany obdélníku.

Další varianta provedení technického řešení podle vynálezu, která rovněž není znázorněna, sestává z trubek 10 s kruhovitým průřezem. Příruby 18 kovových křížových tvarovek 12 jsou umístěny jako tečna k trubkám 10. Tímto způsobem proniká tepelný proud uvolňovaný radioaktivním materiálem z trubek 10 do kovových křížových tvarovek 12.

Druhé provedení technického řešení podle vynálezu znázorněné na obr. 4 a 5 je podstatně odlišné od prvního provedení a to tvarem trubek JO,

Namísto průřezu ve tvaru čtverce mají v tomto případě trubky 10. průřez ve tvaru šestihranu. Svazek trubek 10 tak vytváří trojúhelníkovou síť. To znamená, že každá křížová tvarovka 12 je opatřena třemi přírubami v úhlovém rozmezí 120°. Všechny další charakteristiky a vlastnosti uvedené pro první provedení technického řešení podle vynálezu a jeho varianty je možno aplikovat i v tomto případě.

Obr. 6 a 7 zobrazují třetí provedení technického řešení podle vynálezu.

Na obr. 4 a 5 jsou znázorněny trubky o průřezu ve tvaru šestihranu. V tomto případě jsou však spojovací prostředky 14 nahrazeny perforovanými kovovými deskami • · • · ·

00 »0

00 • · · « 0 0 00

0 0 « • « < <

00

Μ 0 9 ·0 ·

0 0 pevně navzájem spojenými spojkami 32a. 32.. .b. čímž se vytváří tuhá konstrukce, která udržuje trubky 10 a kovové křížové tvarovky 12 na místě.

Přesněji řečeno, alespoň dvě desky 30 jsou umístěny kolmo na osu trubek 10 zásobníku. Desky JO jsou tenké ( od několika mm do několika cm ) a jsou opatřeny sítí děr 34, přičemž jejich tvar a rozměry odpovídají trubkám 10. V příkladu provedení, kde mají trubky 10. průřez ve tvaru šestihranu, jsou díry 34 rovněž šestihranné a jejich rozměry jsou nepatrně větší než rozměry trubek 10. Trubky 10. tak zapadají do každé díry 34 v každé podpěrné desce 30 s nepatrnou tolerancí. Jelikož jsou desky lf) navzájem spojeny spojkami 32a a 32b, trubky 10. jsou tak udržovány na místě podpěrnými deskami 30.

Jak je znázorněno na obr. 7, tloušťka stěn 36 mezi přilehlými děrami 34 v téže desce JO je upravena tak, aby byla nepatrně větší než je tloušťka přírub 18 křížových tvarovek 12. Tento nákres znázorňuje rozsah místa mezi trubkami 10 pouze pro vsunutí kovových křížových tvarovek 12, takže se redukuje celková vůle na dostatečně nízkou hodnotu a příruby 18 kovových křížových tvarovek 12 i stěny trubek 10 jsou těsně propojeny.

Každá z kovových křížových tvarovek 12 je vyrobena z několika křížových segmentů 38, při čemž každý segment .38 má délku rovnou vzdálenosti mezi deskami 30 nebo vzdálenosti oddělující každý konec zásobníku od nejbližší desky 30. Tento nákres znázorňuje, jak je možno uspořádat druhou souvislou stěnu okolo každého oddílu 16.

Jak je schematicky znázorněno na obr. 6, desky M jsou umístěny na horní a dolní části zásobníku. V tomto případě je horní deska 30 vybavena úchytkami nebo podobným zařízením pro manipulaci se zásobníkem jako jsou např. šrouby s oky. Děrovaná spodní deska může být rovněž nahrazena nebo zdvojena jednolitou deskou, jak je popsáno u obr. 1.

5* · • 9 9 • · · · • 9 9999

9 9

9 9

99

9 9 9

9 9

9 9

9 9 ti· ··»·

Z obr. 6 vyplývá, že spojky 32a a 32b jsou umístěny mimo svazek trubek 10 a jsou paralelní s trubkami 10 po celé výšce zásobníku.

Desky 30 mimo desku horní a spodní jsou vybaveny spojkami 32a a 32b s drážkami 40a, 40b. Tyto drážky 40a, 40b jsou určeny pro vsunutí desek 30. Jeden nebo více připevňovacích prostředků jako jsou šrouby 42 procházejí spojkami 32a a 32b a připevňují tak desky 30.

Rovněž horní a spodní desky 30 jsou připevněny ke koncům spojek 32a a 32b šrouby 44.

Popsaný nákres představuje rám tvořený deskami 30 a spojkami 32a a 32b, které tak tvoří pevnou konstrukci.

Na obr. 6 jsou znázorněny spojky 32a a 32b dvou různých typů podle pozice, ve které jsou umístěny na obvodu zásobníku.. Trubky 10 o průřezu ve tvaru šestihranu uvnitř pláště s kruhovitým průřezem vytvářejí první ustupující části s hranolovým, napůl šestihranným průřezem a druhé ustupující části s hranolovým zubovým průřezem okolo obvodu zásobníku.

Spojky 32a mají vnější stěnu utvořenou tak, aby mohly uchytit první ustupující části a spojky 32b jsou přizpůsobeny k uchycení druhých ustupujících částí. Vnější strany spojek 32a a 32b jsou válcovité a vykazují stejný rádius zakřivení rovný zakřivení vnějšího válcovitého pláště zásobníku. Jestliže jsou tedy všechny spojky 32a a 32b umístěny okolo svazku trubek l_0, jejich vnější stěny vytvářejí vnější válcovitý plášť zásobníku.

Nákres právě popsaný znázorňuje, jak je možno udržet potřebnou vůli mezi zásobníkem a kontejnerem, jestliže je zásobník v kontejneru umístěn. Tato charakteristika zlepšuje přenos tepla mezi vnějškem zásobníku a konstrukcí kontejneru.

····

Válcovitý tvar vnějšího pláště je udán pouze jako příklad. Je možno vytvořit plášť ve tvaru o průřezu ve tvaru čtverce, obdélníku nebo i jiný, jestliže se použijí vhodné tvary spojek.

Materiály použité pro výrobu desek 30 a spojek 32a a 32b jsou s výhodou kovy s velkou mechanickou odolností jako kovy zvolené ze skupiny nerez ocel, uhlíková ocel a hliníkové slitiny s dobrými mechanickými vlastnostmi.

Zásobník podle druhého provedení technického řešení podle vynálezu, který byl popsán, vykazuje podobné charakteristiky a vlastnosti jako první provedení tohoto řešení a jeho varianty.

Popsaná provedení technického řešení podle vynálezu a jejich varianty jasně prokazují velké výhody vynálezu. Zejména je zřejmé, že vynález je vhodný pro výrobu zásobníků s oddíly 16 o průřezu šestihranném, ale i obvyklejším čtvercovém a obdélníkovém.

Kompaktní svazek trubek 1,0 a křížových tvarovek 12 vytvořeny spojovacími prostředky 14 usnadňuje přenos tepla. Použití připojovacích prostředků jako jsou šrouby nebo svary je přitom minimální. Z tohoto důvodu jsou výrobní náklady optimalizovány.

Claims (22)

1. Patentové nároky

   1. Zásobník pro radioaktivní materiály s několika rovnými kovovými trubkami (10) uspořádanými do svazku pomocí spojovacích prostředků (14), které seskupují trubky paralelně k sobě do pravidelné sítě a vytvářejí tak několik přilehlých oddílů (16) pro radioaktivní materiály, při čemž každá z těchto trubek (10) tvoří souvislou stěnu příslušného oddílu, vyznačující se tím, že je vybaven několika kovovými křížovými tvarovkami (12), které mají alespoň tři příruby (18) navzájem spojené společným okrajem, přičemž jsou kovové křížové tvarovky (12) umístěny mezi trubky (10) tak, že vytvářejí druhou souvislou stěnu okolo první stěny a jsou s ní alespoň v částečném kontaktu.
2. 2. Zásobník podle nároku 1,vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) jsou navzájem v kontaktu vnějšími okraji svých přírub (18) proti společným okrajům..
3. 3. Zásobník podle nároku 2, vyznačující se tím, že vnější okraje přírub (187) kovových křížových tvarovek (12) jsou opatřeny ploškami (20) paralelními křovinám přírub (18) a kovové křížové tvarovky (12) jsou navzájem v kontaktu prostřednictvím plošek (20).
4. 4. Zásobník podle nároku 2, v y z n a č u j í c í se t í m, že vnější okraje přírub (18) kovových křížových tvarovek (12) jsou navzájem v kontaktu přídavnými čepy (22) a vybráními (24), které do sebe zapadají.
5. 5. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-4, vyznačující se tím, že trubky (10) mají průřez ve tvaru čtverce nebo obdélníku a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny čtyřmi přírubami (18) orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.
6. 6. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-4, vyznačující se tím, že trubky (10) mají průřez ve tvaru šestihranu a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny třemi přírubami (18) orientovanými ve třech směrech, které svírají úhel 120°.
7. 7. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 - 4, v y z n a č u j í c í setím, že trubky (10) mají kruhový průřez a kovové křížové tvarovky (12) jsou opatřeny čtyřmi přírubami (18 ) orientovanými ve dvou na sebe kolmých směrech.
8. 8. Zásobník podle kteréhokoli z předchozích nároků 1-7, vyznačující se tím, že délka kovových křížových tvarovek (12 ) je rovná délce trubek (10).
9. 9. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 - 7, vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) jsou vytvořeny z křížových segmentů (38), které jsou na svých koncích spojeny a jejichž celková délka se rovná délce trubky (10).
10. 10. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-9, vyznačující se tím, že příruby (18) kovových křížových tvarovek (12) sestávají alespoň ze dvou vrstev různých materiálů navzájem spojených.
11. 11. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-10, vyznačující se tím, že kovové křížové tvarovky (12) obsahují alespoň jednu vrstvu materiálu zvoleného ze skupiny zahrnující hliník, měď a jejich slitiny.
12. 12. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-11, vyznačující se tím, že alespoň jedna z několika trubek (10) a několika kovových křížových tvarovek (12) obsahuje prvek absorbující neutrony.
13. 13. Zásobník podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek absorbující neutrony je zvolen ze skupiny zahrnující bór, hafnium a kadmium.

    • · ·
14. 14. Zásobník podle nároku 12, vyznačující se tím, že prvek absorbující neutrony je bór obohacený bórem 10 a to nejméně z 80 hmot. %.
15. 15. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1 - 14, v y z n ač uj í c í se tím, že trubky (10) a spojovací prostředky (14) jsou zhotoveny z materiálu zvoleného ze skupiny sestávající z nerez oceli, uhlíkové oceli, hliníku a jejich slitin, jakož i titanu.
16. 16. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-15, vyznačující se tím, že spojovací prostředky (14) zahrnují alespoň dvě kovové kruhové výztuže (26 ) obklopující svazek trubek (10) v různých úrovních.
17. 17. Zásobník podle nároku 16, v y z n a č u j í c í se t í m, že kruhové kovové výztuže (26) jsou vyrobeny z materiálu o tepelném koeficientu expanze nižším nebo rovném tepelnému koeficientu expanze materiálu trubek (10).
18. 18. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-15, vyznačující se tím, že spojovací prostředky (14) zahrnují alespoň dvě desky (30) umístěné v různých úrovních zásobníku a pevně navzájem spojené spojkami (32a, 32b), při čemž je každá deska perforována sítí děr (34) o stejném tvaru jako je průřez trubek (10) upevněných v dírách (34).
19. 19. Zásobník podle nároku 18, vyznačující se tím, že alespoň jedna z desek (30) je místěna na konci zásobníku.
20. 20. Zásobník podle nároků 18 nebo 19, v y z n a č u j í c í s e t í m, že spojky (32a, 32b) jsou připojeny k deskám (30) šrouby (42, 44).
21. 21. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 18 - 20, v y z n a č u j í c í se t í m, že každá spojka (32a, 32b) je opatřena vnitřní stěnou přizpůsobenou zakřivení vnějšího pláště svazku trubek (10) a přidružených kovových tvarovek (12) a vnější stěnou vytvářející pravidelný tvar.

    ··' ·· ··
22. 22. Zásobník podle kteréhokoli z nároků 1-21,vyznačující se tím, že je opatřen pevným dnem (28).