管理核反應(yīng)堆廢燃料棒的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開內(nèi)容總體上涉及用于儲存和管理核廢燃料的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 廢燃料池提供從最近已經(jīng)從核反應(yīng)堆排出的燃料中的長期衰變熱去除。最近排出 的核堆芯通常表示在廢燃料池中的最大熱產(chǎn)生源。在完全失去對核電站的供電的情況下， 用于廢燃料池的冷卻系統(tǒng)可能不可用于去除燃料的衰變熱。對于長期的核電站斷電條件， 在具有最近排出的燃料的情況下，存在使廢燃料池中的所有水煮沸的可能，由此使廢燃料 棒束過熱并且繼而損害廢燃料棒束。這會導(dǎo)致對環(huán)境的放射性釋放。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本公開內(nèi)容描述涉及用于處理、儲存以及以其它方式管理來自核反應(yīng)堆的廢燃料 棒的系統(tǒng)、設(shè)備和方法的技術(shù)。在一個總體實施方案中，廢核燃料棒罐包含潛水式壓力容 器，其包含界定內(nèi)部空腔的殼體，所述殼體包含的耐腐蝕且導(dǎo)熱的材料具有在約7. 0瓦每 米每開爾文以上的熱導(dǎo)率；以及擱架，所述擱架被裝入在內(nèi)部空腔內(nèi)且被配置以支撐一個 或多個廢核燃料棒。
[0004] 可與總體實施方案組合的第一方面進(jìn)一步包含在殼體的頂端處聯(lián)接到殼體的第 一半球形罩殼。
[0005] 在可與前述方面中的任一個組合的第二方面中，第一半球形罩殼包含界定內(nèi)部空 腔的頂部部分的輻射狀內(nèi)部表面。
[0006] 可與前述方面中的任一個組合的第三方面進(jìn)一步包含在殼體的底端處聯(lián)接到殼 體的第二半球形罩殼。
[0007] 在可與前述方面中的任一個組合的第四方面中，第二半球形罩殼包含界定內(nèi)部空 腔的底部部分的輻射狀內(nèi)部表面。
[0008] 可與前述方面中的任一個組合的第五方面進(jìn)一步包含立管，該立管界定在內(nèi)部空 腔的頂部部分和內(nèi)部空腔的底部部分之間通過所述立管的流體路徑。
[0009] 可與前述方面中的任一個組合的第六方面進(jìn)一步包含界定在立管和殼體之間的 環(huán)形區(qū)。
[0010] 可與前述方面中的任一個組合的第七方面進(jìn)一步包含在內(nèi)部空腔中定位在立管 和內(nèi)部空腔的底部部分之間的燃料籃。
[0011] 在可與前述方面中的任一個組合的第八方面中，燃料籃包含廢核燃料棒擱架。
[0012] 在可與前述方面中的任一個組合的第九方面中，燃料籃包含與擱架的底部表面相 鄰的穿孔支撐板，所述流體路徑穿過穿孔支撐板流體地聯(lián)接到內(nèi)部空腔的底部部分。
[0013] 可與前述方面中的任一個組合的第十方面進(jìn)一步包含附接到壓力容器的殼體的 熱交換器。
[0014] 在可與前述方面中的任一個組合的第十一方面中，熱交換器包含至少一個導(dǎo)管， 該至少一個導(dǎo)管被至少部分安置在殼體外部且與內(nèi)部空腔處于流體聯(lián)通。
[0015] 在可與前述方面中的任一個組合的第十二方面中，耐腐蝕材料包含高放射性傳導(dǎo) 材料。
[0016] 在可與前述方面中的任一個組合的第十三方面中，所述容器不含任何輻射屏蔽材 料。
[0017] 在另一個總體實施方案中，廢核燃料棒管理系統(tǒng)包括包含熱傳遞液體的廢燃料 池；以及多個廢燃料罐，其中所述罐中的每一個包含潛水式壓力容器，所述潛水式壓力容器 包含界定至少部分用液態(tài)冷卻劑填充的內(nèi)部空腔的殼體；擱架，所述擱架被裝入在內(nèi)部空 腔內(nèi)；以及一個或多個廢核燃料棒，所述一個或多個廢核燃料棒被支撐在擱架中。
[0018] 在可與所述總體實施方案組合的第一方面中，液態(tài)冷卻劑包含水。
[0019] 在可與前述方面中的任一個組合的第二方面中，熱傳遞流體包含水或環(huán)境空氣中 的至少一種。
[0020] 在可與前述方面中的任一個組合的第三方面中，每個罐的熱去除速率在約0. 3 MW 和0. 8麗之間。
[0021] 在另一總體實施方案中，一種耗散由廢核燃料棒產(chǎn)生的衰變熱的方法包括將至少 一個廢核燃料棒裝載在包含內(nèi)部腔室的廢燃料罐中，所述內(nèi)部空腔至少部分用流體冷卻劑 填充；將廢燃料罐浸沒在廢燃料池中包含的熱傳遞流體中；將衰變熱從廢核燃料棒傳遞到 流體冷卻劑；以及將衰變熱從流體冷卻劑傳遞到廢燃料池中的熱傳遞流體。
[0022] 在可與所述一般實施方案組合的第一方面中，從廢燃料棒傳遞出熱量的速率至少 與廢核燃料棒產(chǎn)生衰變熱的速率一樣大。
[0023] 可與前述方面中的任一個組合的第二方面進(jìn)一步包含經(jīng)由自然循環(huán)使流體冷卻 劑在廢燃料罐的內(nèi)部空腔內(nèi)循環(huán)。
[0024] 可與前述方面中的任一個組合的第三方面進(jìn)一步包含使所述廢燃料所述罐的外 部表面暴露于環(huán)境空氣下。
[0025] 可與前述方面中的任一個組合的第四方面進(jìn)一步包含基于對環(huán)境空氣的所述暴 露，使流體冷卻劑的一部分在廢燃料罐中從液體相變到氣體；以及至少部分基于在氣體和 環(huán)境空氣之間的熱傳遞使氣體在廢燃料罐的內(nèi)部表面上相變回到液態(tài)冷凝物。
[0026] 可與前述方面中的任一個組合的第五方面進(jìn)一步包含使內(nèi)部表面上的液態(tài)冷凝 物的至少一部分循環(huán)到在所述罐的底部部分中的流體冷卻劑的池。
[0027] 在另一個總體實施方案中，一種管理廢燃料棒的方法包含從核反應(yīng)堆去除第一批 廢燃料棒；在第一時間處，將第一批廢燃料棒安設(shè)在廢燃料罐中，所述第一批廢燃料棒以第 一衰變熱速率產(chǎn)生衰變熱；將廢燃料罐浸沒在熱傳遞流體中以從第一批廢燃料棒去除衰變 熱；在一個時間段上使用廢燃料罐以大于第一衰變熱速率的一個速率從第一批廢燃料棒去 除衰變熱；在第一時間之后的第二時間處，將第二批廢燃料棒安設(shè)在廢燃料罐中，所述第二 批廢燃料棒以大于第一衰變熱速率的第二衰變熱速率產(chǎn)生衰變熱；以及以至少與第一衰變 熱速率和第二衰變熱速率的總和一樣大的速率從第一批廢燃料棒和第二批廢燃料棒去除 衰變熱。
[0028] 在可與總體實施方案組合的第一方面中，將第一批廢燃料棒安設(shè)在廢燃料罐中包 含直接從核反應(yīng)堆將第一批廢燃料棒安設(shè)在廢燃料罐中。
[0029] 可與前述方面中的任一個組合的第二方面進(jìn)一步包含去除第一批廢燃料棒的至 少一部分；以及將所述部分安設(shè)在干桶中。
[0030] 在本公開內(nèi)容中描述的各種實施方案可以不包含以下特征、可以包含以下特征中 的一個、一些或全部。例如，從廢核燃料去除衰變熱可以通過進(jìn)入到池中的罐實現(xiàn)而非直接 到池中，由此增加處理廢核燃料的容易性且對核裂產(chǎn)物釋放提供額外的安全屏障。此外，在 例如由于失去供電的事件導(dǎo)致失去池液體或失去池液體（例如，水）的循環(huán)的情況下，從廢 核燃料去除衰變熱可以通過通向環(huán)境空氣的罐來實現(xiàn)。衰變熱去除速率可以基本上與在正 常操作條件期間針對池實現(xiàn)的衰變熱去除速率相似或相同。在一些實施方案中，所期望的 衰變熱去除可以在沒有任何操作人員動作或沒有任何所需電力的情況下實現(xiàn)。
[0031 ] 在附圖及以下描述中闡述本說明書中描述的主題的一個或多個實施方案的細(xì)節(jié)。 所述主題的其它特征、方面和優(yōu)點將從所述描述、附圖和權(quán)利要求書中變得明了。
【附圖說明】
[0032] 圖1是圖示用于核反應(yīng)堆系統(tǒng)的廢燃料管理的系統(tǒng)的框圖。
[0033] 圖2A-2C圖示具有一堆或兩堆廢燃料棒的在正常條件下操作的廢燃料罐的實例 實施方案的示意圖。
[0034] 圖3A-3B圖示用于保持廢燃料棒的實例擱架的示意圖。
[0035] 圖4圖示在異常條件下操作的廢燃料罐的一個實例實施方案的示意圖。
[0036] 圖5A-5B圖示包含外部熱交換器且在正常條件下操作的廢燃料罐的一個實例實 施方案的示意圖。
[0037] 圖5C圖示包含外部熱交換器且在異常條件下操作的廢燃料罐的一個實例實施方 案的示意圖。
[0038] 圖6A-6B圖示包含外部熱交換器且在正常條件下操作的廢燃料罐的另一實例實 施方案的示意圖。
[0039] 圖6C圖示包含外部熱交換器且在異常條件下操作的廢燃料罐的另一實例實施方 案的示意圖。
[0040] 圖7是圖示耗散由廢燃料棒產(chǎn)生的衰變熱的一個實例方法的流程圖。
[0041] 圖8是圖示管理來自核反應(yīng)堆系統(tǒng)的廢燃料棒的一個實例方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0042] 圖1是圖示管理來自核反應(yīng)堆電力系統(tǒng)150中的一個或多個核反應(yīng)堆152的廢燃 料104的技術(shù)的框圖。所述技術(shù)包括從核反應(yīng)堆152去除廢核燃料棒104且將廢燃料棒 104傳送到廢燃料管理系統(tǒng)154,所述廢燃料管理系統(tǒng)促進(jìn)對由廢燃料棒104產(chǎn)生的殘余衰 變熱的去除。廢燃料管理系統(tǒng)154包含浸沒在用流體158填充的廢燃料池156中的多個廢 燃料罐100。流體158提供用于接收且耗散來自廢燃料棒104的衰變熱的熱沉。如下文詳 細(xì)描述，罐100可以被配置以在正常條件和異常緊急條件下都無源地操作，例如，在沒有操 作人員干預(yù)或監(jiān)督的情況下。在一些實例中，罐100為廢燃料棒104提供長期衰變熱去除 解決方案。例如，罐100能夠?qū)崿F(xiàn)在各種正常和異常操作條件下基本上恒定的熱去除速率 (例如，約0. 3麗、0. 4麗或0. 8麗的熱去除速率）。圖1中的核反應(yīng)堆152和罐100的 數(shù)目不表示任何具體實施方案，且僅出于說明性目的而描繪。
[0043] 關(guān)于核反應(yīng)堆152,反應(yīng)堆堆芯20定位在圓柱形或膠囊形反應(yīng)堆容器70的底部 部分處。反應(yīng)堆堆芯20包含一些核燃料棒（例如，產(chǎn)生受控核反應(yīng)的裂變材料）和任選地 一個或多個控制棒（未圖示）。在一些實施方案中，核反應(yīng)堆152被設(shè)計具有無源操作系 統(tǒng)，所述無源操作系統(tǒng)使用物理定律以確保在正常操作期間