乏燃料运输容器行业产品技术特性及国外发展概况分析

——乏燃料运输容器行业定义

乏燃料运输容器是专用于管理、运输乏燃料组件的容器。由兼有结构支撑、中子屏蔽、γ屏蔽、导出衰变热及防火隔热功能的容器本体，限制燃料组件移动的组件格架，确保次临界安全的中子吸收体，屏蔽密封盖和缓冲减振器等组成。

——乏燃料运输容器行业产品技术特性

乏燃料运输容器必须具备以下技术特性：

1）密封包容性能。密封包容通常应该包括双层顶盖、容器本体、密封法兰、密封垫片和金属O型圈。不管在运输还是存储的条件下，都必须保证其结构具有密封性，不能使其内部的放射性物质外泄，而且还要保证在长期使用条件下、受热或腐蚀条件下的密封性。

2）屏蔽性能。必须具有γ射线屏蔽材料和中子吸收材料，保证容器在满载乏燃料的情况下，表面剂量率不超过2mSv/h，距表面2m处的剂量率不超过0.1mSv/h。

3）临界安全。临界安全通常由吊篮栅孔的几何排列和使用可以吸收中子的吊篮材料来保证，由此吊篮的设计必须具有相应的强度，能够支撑乏燃料组件的重量，同时还要求吊篮必须使用含硼的金属材料。要求保证其增值系数不大于0.95。

4）余热导出。通常设置散热片像鳍一样布满容器外表面或设置在内外壁之间，国际上曾使用过的散热片材料有铜、含硼铝合金等。要求保证在正常运输情况下，容器的外表面温度不高于85°C，铅层温度不高于200°C，在事故条件下，铅层的温度也不高于200°C。

5）结构具有足够的强度。要求容器能够经受9m的跌落试验，而不破坏容器、吊篮、密封包容系统的完整性。

乏燃料运输容器的技术特性与其结构的关系如下图所示。

乏燃料运输容器的结构与技术特性

资料来源：CNKI

——国际乏燃料运输容器发展概况

从国外的主要国家乏燃料容器发展情况来看，市场呈现以下特点：

1）几个主要核电大国均有了技术成熟的、已经形成系列化的乏燃料运输容器，如法国的TN系列容器、美国的NAC系列容器、德国的Castor系列容器、日本的MSF系列容器，另外还有俄罗斯的TUK系列容器。

2）乏燃料运输容器主要有铸铁、锻钢、夹铅（混凝土）几种类型；γ射线屏蔽材料主要有铅、混凝土、新研制的DUCORETE混凝土及铸铁本体等；中子吸收材料主要有含硼材料（硼酸混凝土、含硼铝合金）、树脂等；密封方式多采用内外层顶盖通过螺栓螺柱压紧密封法兰、密封垫片和金属O型圈等；散热方式主要以铜片作为散热片布满容器的外表面或设置在内外壁之间；减振方式均采用以不锈钢包裹木质材料作为减振器布置在容器的两端。

3）国外在研制乏燃料运输容器方面，以研制百吨级大型容器为主，研制单棒小型容器为辅；以研制多层结构（夹铅、夹混凝土或夹一些新型屏蔽材料）的容器为主，以研制单层铸铁结构容器为辅。

4）国外在乏燃料运输容器的发展趋势上，以发展集存储、运输功能于一体的多用途运输容器为主要方向。

5）国外已建立了符合IAEA安全运输规程的试验设施，可对容器按B类货包要求进行跌落、贯穿、火烧、水浸等相关试验。

国际上就乏燃料运输容器可能经受的事故做出了如下假设：容器从9m高以最严重毁损的方式跌落到一块坚硬的水平面上，然后下落1m砸在一个长度为200mm、直径为150mm的碳钢圆柱棒上，然后又掉进温度达800°C的火中烧30min，最后掉进15m深的湖底浸没8h，经过所有这些事故后容器内部放射性物质没有泄漏。由此规定了乏燃料运输容器为了取得运输许可而必须进行的4项试验：9m跌落，1m贯穿，800°C火烧，15m水浸。

国外有许多研究机构对乏燃料运输容器的试验测试上做了大量的研究，建设了专门的试验场所，如美国桑地亚国家实验室、英国CEGB、德国BAM。其中，值得一提的是德国BAM建立了世界上唯一一个可以用于百吨级容器进行跌落试验的实验场，跌落靶面以14m×14m×5m的混凝土作为基体，以9.7m×4.5m×0.23m的碳钢作为上表面，吊钩最大起吊能力为200t，最大起吊高度为9m。

但也不是每一个乏燃料容器都必须以实物完成上述试验才可以获得运输资质。随着计算机计算仿真技术的突破和考虑到节约开发成本的因素，有的以缩小比例的模型进行试验，有的通过理论分析计算。