[发明专利]乏核燃料罐

说明书

一种用于存储乏核燃料的罐包括细长的壳体，封闭壳体底端的基板以及用螺栓固定在壳体上的可移动的顶盖。相比之下，壳体可以具有双重厚度，包括具有第一厚度的下部和具有较大的第二厚度的上部。上部由环形凸台形成，该环形凸台限定了壳体的紧固部分，该紧固部分包括用于接合盖螺栓的多个螺纹孔。在不同的实施例中，紧固部分可以径向向外或向内突出。盖上有容纳螺栓的安装凸缘，并位于外壳的顶端。安装凸缘不径向突出超过紧固部分的外表面，以尽量使罐的直径最小，以将其放置在防辐射的用于运输/存储的堆叠件或桶内。壳体可选地包括冷却翅片。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月29日提交的美国临时申请No.62/772,986的权益，该临时申请的全部内容通过引用合并于此。

背景技术

本发明总体上涉及用于存储用过的或乏核燃料的系统，更具体地，涉及形成存储系统的一部分的改进的核燃料桶。

在核反应堆的运行中，核能源为填充有浓缩铀的中空锆合金管的形式，集中布置在称为燃料组件的多个组件中。当燃料组件中的能量消耗到一定的预定水平时，将用过的或“乏”核燃料(SNF)组件从核反应堆中移出。用于包装从轻水反应堆排出的用过的或乏燃料组件以进行场外运输或现场干燥存储的标准结构称为燃料篮。燃料篮本质上是棱柱形存储单元的组件，每个存储单元的尺寸确定为可存储一个燃料组件，该燃料组件包括多个单独的乏核燃料棒。燃料篮布置在圆柱形的金属存储罐(通常为不锈钢)内部，该存储罐通常被称为多功能存储罐(MPC)，形成了主要的安全壳。然后将罐放入形成第二容器的外部通风堆叠件(overpack)或桶中，以安全地运输和存储多个乏燃料组件。通风利用周围的冷却空气消散仍然由乏燃料散发出来的大量热量。

容纳在燃料罐内部的燃料篮中的用过的或乏核燃料被存储在罐内形成的惰性气体气氛中。在所有存储或运输条件下，保证乏核燃料散发出来的热和辐射与环境隔离是罐的一项基本设计要求。在现有技术中，通过在将乏燃料装入罐后(通常在水下，例如在核反应堆的乏燃料池中)将顶盖气密密封地焊接到罐壳上，从而满足了这种限制要求的保证。全焊接的罐保证了对内容物的限制，但是如果以后需要重新包装，则使存储的燃料难以取用。尽管已经成功开发并证明了用于从罐壳切断盖的盖切割工具，但切割操作本质上是剂量增加的(dose-accretive)，麻烦且费时的，在此过程中需要金属屑和润滑剂的管理。

需要对传统乏核燃料罐的改进以克服上述缺陷。

发明内容

为了克服现有技术中在核工业中目前使用的“全焊接”燃料罐结构中回收乏核燃料(SNF)内容物的前述限制，本文公开了一种新型的改进的乏核燃料罐，其不仅保持了罐结构坚固性的基本特征，以保护燃料，而且无需进行上述切割过程，并且在以最小的人力和对工人最小辐射的情况下，即可使燃料更易于获取。一些实施例还包括散热特征，用于显著提高罐的抗热能力，从而保证存储在其中的SNF的结构完整性。同样重要的是，本文公开的SNF罐有利地保持了具有密封焊接盖的现有罐的相同的优选的小尺寸和外形(即高度和直径)，从而允许新的罐在不修改现有的外部运输和存储堆叠件或桶的情况下互换使用。

根据本公开的SNF罐包括多种厚度的壳体和紧凑的带螺栓的封闭盖-壳体的接头，以易于接近内部的燃料内容物。这避免了上述的费时且繁琐的先前切割过程，在焊接盖的设计中，该先前切割过程是切断盖和壳体之间的焊接接头所必需的。在一个实施例中，本发明的盖可以直接用螺栓固定在壳体的顶部。

为了适应所需的螺栓连接和密封，提供了一种具有顶部紧固部分的多种厚度的壳体，该顶部紧固部分包括与壳体一体形成的呈环形安装凸台形式的增强结构。壳体的顶部紧固部分的横向壁的厚度大于其下方的壳体的壁部分的横向壁的厚度，从而为在螺栓连接的盖接头处接合螺栓提供了额外的支点。在一些实施例中，安装凸台的壁的厚度可以等于或大于下壳体壁的厚度的至少两倍。