[发明专利]一种核电站乏燃料的干式竖井贮存系统及其贮存方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核电站乏燃料的干式竖井贮存系统以及其贮存 方法，特别是涉及一种用于球床式高温气冷堆核电站乏燃料贮存系统 及其贮存方法。

背景技术

核电站在运行过程中，会产生乏燃料，一座百万千瓦电功率的核 电机组，每年产生的乏燃料有几十吨。根据我国的核电发展规划，在 2020年以后，我国每年产生的乏燃料量将超过1000吨，乏燃料的贮 存和处理措施将成为国家需要考虑的重要问题。

根据一个国家核能战略的政策，对核电站反应堆运行后卸出的乏 燃料可采用不同的处置措施，主要措施有两种：一种是后处理战略， 即对乏燃料中所含的有用核素进行分离，并加以回收利用，对无用的 裂变产物和次锕系元素进行固化，然后进行地质深埋处置或进行分离 嬗变，该措施的特点是，铀资源利用率较高，并减少了高放废物的处 置量，降低了乏燃料的毒性，缺点是费用很高，可生产出核材料钚， 不利于防止核扩散，处理后的核废料可以通过地质深埋的方法进行处 置。另外一种措施是一次通过的战略，即乏燃料经过冷却，包装后作 为废物进行地质深埋处置或长期贮存，该措施的特点是费用较低，方 法简单，不会产生核材料钚，核扩散风险很低，缺点是废物放射性及 毒性很高，延续的时间也很长。

我国对核电发展做总体规划时，就确定了发展核电必须相应发展 后处理的战略，但是我国的乏燃料处理技术发展较慢，2005年后， 国家开始积极发展核电，随着核电的快速发展，乏燃料处理能力，已 经不能满足现实的需要。参考美国的经验教训，美国曾经支持一次通 过的战略，但其最终处置场尤卡山项目碰到了困难，现在美国已经倾 向于采用后处理的策略。但由于核电站产生的大量乏燃料没有得到处 理，而在堆贮存的水池也已经装满，为了满足大量乏燃料的贮存问题， 发展了干式贮存容器技术，干式贮存容器由两部分组成：内层金属裸 罐和外层混凝土屏蔽罐，裸罐内设置贮存格架，将乏燃料放置到贮存 格架内，将裸罐密封好之后，放置到混凝土屏蔽罐内，然后运至电厂 附近的乏燃料贮存场址进行中间贮存。

除了压水堆，我国还在积极开发球床模块式高温气冷堆核电站， 高温堆核电站被公认为是具有第四代核电主要特征的核电站，具有固 有安全、防止核扩散、可产生高温工艺热等优点，目前有多个国家都 在积极开发高温堆核电站，如美国、日本、德国和南非等。

高温气冷堆根据燃料元件的形状可分为两类，一类是采用球形燃 料元件的球床高温气冷堆，另一类是采用棱柱状燃料元件的柱状高温 气冷堆，球形燃料元件和棱柱状燃料元件内均弥散有涂敷燃料颗粒。 涂敷燃料颗粒的直径约1mm，燃料的直径为0.5mm，外部涂敷3层 热解碳和1层碳化硅，起到燃料的包壳作用。球形燃料元件是将一定 数量的燃料颗粒和基体石墨充分混合，压成直径50mm的石墨元件， 然后再在外部包裹压制一层纯石墨作为燃料元件的外壳，压制好的燃 料元件外径为60mm。柱形燃料元件是将一定数量的燃料颗粒和基体 石墨充分混合，压成燃料棒，再把若干燃料棒装入六角形石墨柱的燃 料孔道内构成的。

球床高温气冷堆的发源地德国，先后建造了AVR和THTR300 两座球床高温气冷堆，并完成了模块式高温气冷堆HTR-Module的初 步设计。我国在参考德国球床高温堆设计经验的基础上，自主研究设 计和建造了具有自主知识产权的10MW高温气冷堆，经过多年的运 行表明，该反应堆运行稳定，安全可靠，为大功率高温堆的商业化应 用奠定了坚实的技术基础。为了将高温堆在核电领域进行应用推广， 在我国的十一五规划中，将研究设计和建造一座模块式高温气冷堆核 电站列入国家重大专项，预计在将来几年，世界上第一座商业规模的 球床高温气冷堆将在我国建成并投入商业运行。通过该商业示范工程 项目，可以为将来高温堆核电站的批量化建造奠定坚实的工程和技术 基础。

由于球床高温气冷堆的燃料元件与压水堆核电站不同，从堆芯排 出的球形乏燃料，需要采用适合球形燃料元件贮存的贮存容器，并贮 存在合适的贮存设施内，在乏燃料的操作过程和贮存过程中，要保证 乏燃料的操作安全、临界安全、辐射防护安全和余热排出安全，本专 利所描述的一种球形乏燃料元件的贮存系统，经过适当修改后也可用 来贮存压水堆核电站和其它类型核电站的乏燃料组件。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供一种核电站乏燃料的干式竖井贮存系统 及其贮存方法，可用于球床高温气冷堆排出的乏燃料的贮存。