基本介紹
- 中文名：乏燃料儲存方式
- 外文名：storage of spent fuel
乏燃料的比活度很高，還釋放大量的衰變熱，必須儲存一段時間待放射性和餘熱降到一定程度後再進行操作及處理。按儲存時間長短乏燃料儲存有短期儲存——約幾個月至幾年、中間儲存——十幾年至幾十年和長期儲存三種。其中以中間儲存為最重要，它可以使後處理推遲幾十年，或為尋求放射性廢物的最佳最終處置方案爭取時間。世界上主要工業國正在研究各種類型的中間儲存裝置，有些已經建成。按儲存方式乏燃料儲存又有濕式儲存(水池儲存)和乾式儲存之分。自1942年建造第一座核反應堆起便開始使用水池儲存。40餘年來，儲存水池不僅在結構和設備上有所發展，而且增加了泄漏監測系統、池水清潔設備，設計了抗震的儲存格架，用密集儲存取代了普通儲存。經驗證明，水池儲存是安全可靠的。但水池儲存需要連續運行和維修，並產生二次廢物，所以又發展了乾式儲存。到20世紀80年代，乾式儲存已發展到了利用空氣自然冷卻的金屬禁止容器，直接儲存在地面的建築物內。
1 儲存方式
濕式儲存
即水池儲存。由於世界上核電廠增加速度很快，而後處理能力很小，有些國家的現政策又不允許建立後處理廠，因此多年來各國對乏燃料濕式儲存採取了一系列的措施以增加儲存能力。例如:①改進原核電廠的儲存水池，使用密集格架；②將乏燃料組件拆成燃料棒再裝入鋼製容器中，儲存到水池中；③按密集儲存方式新建和擴建儲存水池等。
儲存水池
有兩種結構:①在構築物內建造內襯不鏽鋼的混凝土結構儲存水池。水池內分割成若干小水池，每個小水池均裝有儲存格架。水池之間有水閘門隔開。儲存水池設有冷卻、通風、劑量監測、泄漏監測、補水及裝卸料系統和檢查及修復等裝置。這種水池與後處理廠的相似，是核電廠內最常見的水池形式(參見彩圖插頁第 頁 圖)②利用地下岩洞建造的儲存水池，瑞典的CLAB裝置即屬此類。該裝置由乏燃料接收、儲存及輔助廠房三部分組成。唯儲存水池建在岩洞中。岩洞長120m，寬21m，高27m，由整塊岩石分割的四個水池組成。岩洞有防止外部衝擊的良好性能，在內部意外事故下也可隔離環境，從而使環境免受污染。
儲存格架
有不含中子吸收材料和含中子吸收材料的兩種。前者利用乏燃料間的距離來控制臨界；後者將中子吸收材料製成方形孔道並依次焊在一起，底部與厚鋼板底座相連。底座上開孔，以便水通過孔道冷卻乏燃料(見圖)。
儲存格架簡圖
儲存格架簡圖由於乏燃料帶有強放射性和餘熱，對儲存水池的設計及其運行必須遵循以下要求:①抗震:地震等自然災害能直接破壞水池，或使格架、起重機等掉入水池而損壞水池，故儲存水池應按一級抗震要求設計；②核設計:在乏燃料最大儲存容量下確保將其布置得處於次臨界狀態，為此，在設計中假定燃料是未經過輻照的和水池充滿純水，此時格架及轉運裝置形成的增殖系統的有效增殖係數keff不超過0.90；③熱工水力設計：水池冷卻系統必須考慮在正常運行條件下，當水池存滿乏燃料時，水池的最高溫度不超過50℃；④其他：如對起重機操作、防護水層高度和水位監測、避免乏燃料損傷等都有一定的要求。
乾式儲存 世界各國已建成的乾式儲存設施主要有空氣冷卻儲存室、乾式混凝土容器、乾井及金屬容器四種。
空氣冷卻儲存室
將乏燃料儲存在重混凝土禁止的空氣冷卻儲存室，空氣通過自然對流將乏燃料的衰變熱帶走，由煙囪排出。儲存室內分隔成若干圓柱形孔道，帶有外包裝容器的乏燃料組件垂直存放在孔道內。乏燃料組件的間距應保證不發生臨界。儲存室可設定在地面，也可在地下。儲存庫設有氣體監測系統以監測放射性和包裝容器的泄漏。
2 儲存容器
乾式混凝土容器
由圓柱形鋼筋混凝土本體及頂蓋構成。外徑/內徑×高為3m/1m×7.6m，總質量約130t。空氣從其底部進入，由頂部排出。帶走乏燃料釋放的餘熱。裝有乏燃料組件的容器可儲存在普通的地面建築物內。儲存廠房應設有裝料設備間、轉運通道、容器裝車間及控制室等，所有工作間均採用鋼筋混凝土結構。 乾井 由混凝土構成，內放置碳鋼製井筒，井口有混凝土塞子。裝有乏燃料組件的格架儲存在乾井中。乾井儲存庫一般由接收、轉運及儲存三部分組成。帶有外包裝的乏燃料組件在接收設施內放入格架，在轉運設施中進入禁止運輸容器，最後用門式吊車運到乾井儲存。儲存區內也設有連續的放射性氣溶膠監測器。
金屬容器
由內襯不鏽鋼套的球墨鑄鐵或鍛鋼製成。壁厚約300~400mm，壁外有散熱片。蓋子分兩層，內層為禁止層，外層起固定作用。容器內裝有由厚15mm的含硼鋁板製成的格架，為裝載乏燃料組件之用。對設計好的金屬容器要根據禁止、臨界計算，熱和強度分析及正常和事故條件下的試驗進行安全分析。由於這種容器既用於運輸又用於儲存，故還需增加模擬飛機撞擊容器試驗。
