乏燃料运输船隔离防护设计分析.pdf
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1、第40 卷第4期2023年8 月江苏船舶JIANGSU SHIPVol.40No.4Aug.2023乏燃料运输船隔离防护设计分析徐德涛,李晓辉,姜伟1(1.上海船舶研究设计院,上海2 0 12 10;2.宜昌达门船舶有限公司,湖北宜昌443 0 0 2)摘要:针对燃料运输船设计时需屏蔽运输货物的辐射这一难点,以某乏燃料运输船为研究对象,研究其防辐射的要求和难点,并从控制辐射源头、防辐射屏蔽层、防泄漏措施3 个方面对其整体防辐射技术进行研究。关键词:乏燃料;辐射;屏蔽层中图分类号:U674.1D0I:10.19646/ki.32-1230.2023.04.004文献标志码:A开放科学(资源服务)
2、标识码(OSID):率提升约6 0 倍,并大幅减少需处理的废物量。在核0引言燃料闭式循环中,将乏燃料从核电站安全、有效地运为满足核能可持续发展目标,我国确定了核燃输至后处理设施,是确保核电安全运行、保障后处理料闭式循环的技术路线,即核燃料在反应堆中进行设施正常生产的关键一环。链式反应后卸出成为乏燃料,经后处理并提取其中乏燃料在自然冷却后会存储在特制的运输容器有用的成分,重新制成燃料供核反应堆使用。中,这种存储容器简称为“货包”。货包需符合放乏燃料运输船是一型具有完全自主知识产权射性物品安全运输规程(GB118062019)的要的,适合我国沿海运输载运INF3级辐照乏燃料的求,具有耐高温、高压、
3、防辐射、防水、防碰撞等特点。特种用途船舶。该船型的设计和建造突破了乏燃料该项目货舱按照运载NAC-STC型货包设计。每个运输船的关键设计、建造技术和管理技术,完善了乏货包可装载2 0 或2 6 个乏燃料组件,运输状态下货燃料运输的辐射防护和应急处置流程。本文以某乏包的质量为12 1.4t,货包源项基于表面2 m处剂量燃料运输船为研究对象,介绍乏燃料运输船舶法率水平为0.1 mSv/h。定检验规则(2 0 18)11(下文简称规则)等对屏INF货物:辐照核燃料(Irradiated NuclearFu-蔽层设计的技术要求;然后结合实船的建造研究实el),指按国际海运危险品法规(IMDG规则)中第
4、现辐射屏蔽的物理屏蔽手段,并从安全流程上对隔7类货物装运要求的辐照核燃料、环和高放射性废断辐射进行探讨。物的包装件。INF货物等级按照总放射性活度区分如下2 ;1乏燃料运输船基本信息INF1一适用于载运INF货物的总放射性活度乏燃料运输船是一艘国内远海航区,以载运小于40 0 0 TBq的船舶;INF3级乏燃料为主要功能的多用途货船。作为国INF2一适用于载运总放射性活度小于2 内首制的核废料运输船,需要满足中国船级社对本10TBq的辐照核燃料或高放射性废物的船舶和载船专用的规则和辐照核燃料运输船检验指南运总放射性活度小于2 10 TBq的环的船舶;(2 0 18)2 1(下文简称指南)的相关
5、要求。INF3一适用于载运不限制总放射性活度的辐乏燃料系指子反应堆堆芯内受过辐照并从堆芯照核燃料或高放射性废物的船舶,以及载运不限制永久卸出的核燃料 。核燃料在进行链式反应后总放射性活度的环的船舶。成为乏燃料,提取其有用成分后可重新制成核反应该项目可运载INF3级辐照乏燃料。堆可用的燃料。结合快堆技术,可将铀资源的利用2乏燃料运输船防辐射要求及难点收稿日期:2 0 2 1-0 7-2 3乏燃料至少经过8 a时间冷却,燃耗不大于作者简介:徐德涛(198 5一),男,高级工程师,从事船舶装设计工48000MWd/tU方可允许转运。货包作为转运容作;李晓辉(198 3 一),男,助理工程师,从事船体
6、建造工作;姜伟(198 0 一),男,研究员,从事船舶装设计工作。器,将全程参与船运。虽然货包具有良好的防辐射第4期效果,以及耐高温、高压、防水、防撞击等特性,但是不排除在运输途中出现意外的可能性。因此,本着高安全性、高穴余度的设计理念,乏燃料运输船自身也必须具备防辐射能力,以应对各种突发情况。2.1乏燃料运输船防辐射要求根据规则第7 章的要求:乏燃料运输船舶应根据其预期具有最大辐射风险的单次运输活动(至少应考虑乏燃料放射性活度、货包类型、装卸操作、航线、航行时间等影响)对船舶的辐射防护安全进行系统性设计,以确保个人剂量的大小、受照射人数和引起照射的可能性。在考虑经济和社会因素后,辐射量应保持
7、在合理可行尽量低的水平,且人员所受剂量应该低于国家规定的相应剂量限值。辐照防护措施应该在确保船舶理性运输条件下,对于乏燃料的载运和装卸,或船舶常规部分的操作和维修,都不受到限制为保证运输人员的身体健康和人身安全,运输人员全年的受辐射剂量是有严格要求的。2.2辐射的特性由核燃料产生的辐射均为电离辐射。电离辐射分为2 种:粒子辐射,如、中子辐射等;波的辐射,如辐射和X射线等。不同的辐射有不同的穿透能力:射线的穿透能力最弱;射线可以穿透纸张但是无法穿透铝板;射线和X射线穿透能力最强,需要适当厚度的混凝土或铝板才能阻挡。因此在设计屏蔽层时,主要应对的是射线和X射线。2.3设计难点(1)船舶活动区域有限
8、。要保证航行状态下船舶的正常操作和维修不受限制,那么核辐射的粒子及射线需要固化在货舱区域内,不能渗透进生活区域及动力区域。(2)船舶在海上航行,有较大几率遭遇恶劣天气或极端海况。在颠簸状态下防辐射屏蔽层需能经受住剧烈摇晃、强烈震动带来的不利影响,不能出现破损、开裂等状况。(3)船舶货舱内部需要设置通风、消防等设备。这些设备需要在货舱外区域有驱动装置、能源供给等,而连接设备的管路必须要穿过屏蔽层,因此要保证贯穿件的防辐射效果。3防辐射设计3.1#控制辐射源货包是乏燃料的运输载体,也是隔绝辐射的第一道防线。ENUN24P型货包的示意图见图1。货包中主要的辐射屏蔽层是布置于罐体中间夹徐德涛,等:乏燃
9、料运输船隔离防护设计分析在规定范围内的。716-151061一外盖;2 一内盖;3 一运输容器本体;4一上吊耳;5一下吊耳;6 一外筒体;7 一鳍片;8 一中子屏蔽体;9 一吊篮导向;10 吊篮外围板;11一螺纹杆;12 一垫圈;13 一螺母;14一不锈钢吊篮结构;15一吊篮中的MMC燃料管;16 一燃料组件;17 一图1货包内部构造货包在运输途中出现破损只有以下几种状况:(1)货包在吊装过程中从起吊设备上脱落。(2)在航运过程中出现颠簸或大幅晃动,与周围结构物发生碰撞。(3)货舱内发生火灾。(4)货舱通风失效,货包内部温度急剧上升。为防止(1)类情况发生,货包外均设有减震装置。所以,只要货包
10、坠落是在其设计的安全高度范围内,基本不会发生罐体破损,引发泄漏事件。为避免罐体在运输过程中与其他物体碰撞,在货舱底部设计专用的底座。货包的转运托架底座采用螺栓连接,保证货包在航行过程中的稳定性。虽然乏燃料退出堆芯后已停止反应,并且至少经过8 a冷却才能放人货包进行转运,但是其本身的发热量仍然很高。货包本身具有耐高温特性,并且可以通过燃料吊篮促进排除腔体内热量。但是如果货包长期处于一个密闭环境,还是会由于环境温13层的中子屏蔽层,其他构件例如外筒体等金属构件也可以起到一定的屏蔽作用。在罐体的屏蔽作用下,内部乏燃料的辐射量可降低至表面2 m处,剂量率水平为0.1mSv/h。按照公路运输标准中沿线公
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