[发明专利]高放射性废料的存储和/或运输

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对2012年4月18日提交的美国临时专利申请61/625,869的优先权，该申请的公开内容全文通过引用并入本文。

发明领域

本发明领域涉及存储高放射性废料(“HLW”)的系统和方法，诸如置于通风竖直模块(module)中的乏核燃料。

发明背景

诸如乏核燃料的HLW的存储、处理和运输要求特别小心和程序保障。例如，在核反应堆运行过程中，通常，在燃料组件能量消耗到预定程度后，将这些燃料组件取出。在取出时，这种乏核燃料依然具有很高的放射性且会产生相当大的热量，要求在包装、运输和存储时特别小心。为了保护环境不受辐射照射，乏核燃料首先被置放在罐(canister)中。装有核燃料的罐随后在称之为桶(cask)的大型圆筒形容器中运输和存储。运输桶用来将乏核燃料从一个地方运至另一个地方，而存储桶则用来按确定的时间存储乏核燃料。

在典型的核电站中，打开的空的罐首先放在打开的运输桶中。运输桶和空罐而后被浸在水池内。乏核燃料被装入罐内，与此同时，罐和运输桶依旧浸在水池中。一旦装满了乏核燃料之后，通常在罐顶部盖上盖，此时废料罐仍在水池中。然后从水池中移出运输桶和罐，罐的盖子被焊接在罐上，再在运输桶上安装一个盖。然后，将罐适当地脱水并装入惰性气体。运输桶(其固定装料后的罐)然后被运往存储桶所位于的位置。装料后的罐而后由运输桶运输至存储桶中用于长期存储。在从运输桶运输至存储桶期间，装料后的罐决不可暴露于环境中。

一种类型的存储桶是通风的竖直叠放结构(“VVO”)。VVO是一种基本上由钢和混凝土制成的大型结构，其用于存储装有乏核燃料(或其它HLW)的罐。VVO竖立在地面上方，通常呈圆筒形并且极其笨重，重量超过150吨，并且高度常常大于16英尺。VVO通常具有平的底部、具有容纳乏核燃料罐的空腔的圆筒形本体、以及可拆卸的顶盖。

在用VVO存储乏核燃料时，装有乏核燃料的罐置于VVO的圆筒形本体的空腔中。由于乏核燃料置放于VVO中存储时，乏核燃料仍在产生大量的热量，所以该热量必须能够从VVO的空腔中逸散出去。该热能通过给VVO的空腔通风而从罐的外表面排除。在给VVO的空腔通风时，冷空气通过进风管道进入VVO腔室，向上流动，穿过已载料的罐，以升高的温度从排风管道排出VVO。

尽管VVO的空腔需要通风从而使热量能够从罐逸出，必要的是，VVO必须提供充分的辐射屏蔽，并且乏核燃料不能直接暴露于外界环境。2011年4月26日授权的美国专利No.7,933,374公开了一种满足这些屏蔽要求的VVO，该专利全文通过引用并入本申请中。

风对通风系统热性能的影响也是一个严重的缺陷，该缺陷在一定程度上困扰着当前所属工业正在使用的所有系统。仅采用两个进气或排气管道的存储VVO特别易受损坏。尽管轴对称的进气和排气管道在静风中表现很好，但当刮风时，流入和流出系统的空气流动会出现偏斜，常常会导致排热性能的下降。

发明内容

一种存储高放射性废料的模块包括带有密封底端的外壳和位于外壳内的内壳，以便在内壳和外壳之间形成空间。至少一个分隔件(divider)从内壳顶部延伸到内壳底部，至少一个分隔件通过该空间形成多个进气通道，每个进入通道连接到空腔底部。多个进气管道均将至少其中一个进气通道与外界环境相连接。进气管道配置成，当该模块插入到地下时，每个进入管道周围的空气压力大体相同。可拆卸盖位于内壳上，该盖带有至少一个排气通道，将空腔与外界环境相连接。盖和内壳顶部分别配置成在空腔的顶部形成密封。

在本发明的第一个不同方面，每个进气管道包括一个固定在周围进气壁上方的进气管道盖，进气壁周围带有孔眼。进气壁周围的孔眼占开放区域至少60％。

在本发明的第二个不同方面，所述盖进一步包括排气管道，将至少一个排气通道与外界环境相连接。排气管道包括固定在周围排气壁上方的排气管道盖，排气壁周围带有孔眼。外壁周围孔眼占开放区域至少60％。

在本发明的第三个不同方面，装有高放射性废料的密封罐位于空腔内，其中，空腔的水平横截面容纳不止一个废料罐。

在本发明的第四个不同方面，上屏蔽的顶部延伸到进气管道或延伸到进气管道上方。

在本发明的第四个不同方面，至少四个分隔件从内壳顶部延伸到内壳底部，从而形成了多个进气通道，以及每个分隔件包括延伸到空腔中的延伸部分，所述延伸部分配置成可作为位于空腔内的废料罐的定位凸缘。

在本发明的第五个不同方面，每个进气管道保持进气压力，独立于其它每个进气管道。