Подземное хранилище для размещения радиоактивного и другого материала

 

СВОЗ СОВЕТСКИХ

СО(.94АЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l9) (11) 4уц 8 21 F 9/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ПАТЕНТУ

Ch, (ф

Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2553051 /24-25 (22) 12.12.77 (31) 7613996-3, 7700552-8, 7707639-6 (32) 13.12.76, 19.01.77, 30.06.77 (33) Швеция (46) 23.06.85, Бюл. Р 23 (72) Торе Йеркер Халлениус, 1(арл Ивар

Сагефорс и Бенгт А.Акессон (Швеция) (71) ВП-Систем Актиеболаг (Швеция (53-) 621,039.584 (088.8) (56) Спицын E.ß. Переработка и захоронение радиоактивных отходов лабораторий. М., Атомиздат, 1965, с.114116.

Патент США И 3925995, кл, 21 F 9/24) 1975. (54) (57) 1. ПОДЗЕМНОЕ ХРА11ИЛИЩЕ ДЛЯ

РАзмещения РАдиоАктивного и ДРугого

МАТЕРИАЛА, содержащее полость в коренной городе, в которую помещено полое тело из бетона, отделенное со всех сторон зазором от стенки полости и связанное с вертикальным стволом, проходящим через коренную породу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения надежности хранения, полость в коренной породе ограничена оболочкой из той же коренной породь1, которая в свою очередь отделена со всех сторон зазором от монолита коренной породы, при этом оболочка из коренной породы выполнена сферической или эллипсоидальной формы, причем зазор между полым телом из бетона и стенкой по- лости и зазор между стенкой оболочки ,из коренной породы и монолитом корен-. ной породы заполнены глиной, 2. Хранилище но п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что оболочка из коренной породы проходит до уровня поверхности коренной породы.

3, Хранилище по цп.1 и 2, о тл и ч a þ щ е е с я тем,что внутри полого тела размещен цилиндрический элемент с открытыми концами, содержащий сферические тела и выполненный из усиленного бетона, ось которого преимущественно проходит вертикально, так что он делит внутреннее пространство полого тела на внутреннее отделение, охваченное цилиндрическим элементом, и наружное отделение между наружной стороной цилиндрического элемента и стенкой внутренней полости, при этом внутреннее и наружное отделения сообщаются одно с другим с обоих концов, причем сферические тела, выполненные из бетона, изготовлены заполняющими как внутреннее, так и наружное отделения, имеют сквозные отверстия для приема радиоактив" ного материала и расположены только в нижней части цилшщрического элемента.

4, Хранилище по пп. 1 и 3, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что цилинд- рический элемент имеет разделенные пс перифериипромежутком отверстия,выполненные смежно с обоими его концами . .

5 ° Хранилище по пп, 1, 3 и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что сферические тела, изготовленные из бетона, выполнены с соединяющими средствами для их присоединения к устройству для подъема и обработки.

Приоритет по пунктам:

13.12.76 по п.1

l9.01,77 по п,2;

30.06.77 по-пп.3-5.

1163808

2 земли.

Изобретение относится к системам,1 предназначенным для хранения радиоактивного материала в подземных хранилищах, а именно к хранилищам для долговременного сохранения в них от- 5 работанного топлива ядерных реакторов и радиоактивных отходов, которые получаются при переработке упомянутого ядерного топлива.

Цель изобретения — обеспечение 10 надежности хранения.

На фиг.l показан первый вариант хранилища, вертикальный разрез; на фиг,2 - второй вариант хранилища, в котором внутренняя полость тела из 15 коренной породы проходит до уровня поверхности коренной породы, вертикальный разрез; на фиг,3 — третий вариант хранилища с более эффективным отводом тепла, вертикальный разрез; 7п на фиг.4 — одно из сферических тел, выполненных из бетона и заполняющих внутренность полого тела, В монолите породы 1 размещается хранилище, находящееся на определен- 75 ной глубине от поверхности 2 земли.

В породе вырывают полость 3, внутри которого размещают полое тело 4, изготовленное иэ бетона, внутренняя полость которого содержит достаточ- О ное пространство для размещения радиоактивного материала, при этом в любой точке внешняя поверхность полого тела 4 пространственно удалена от стенок полости 3. Пространство между стенкой полости 3 и полым телом 4 эа35 полнено глиной 5.

Полость 3 целиком окружена оболочкой 6 иэ кореннои породы, которая в свою очередь отделена со всех сторон зазором 7 от монолита коренной породы 1. Зазор 7 также заполнен глиной

8. Полость 3 и оболочка 6 предпочтительно имеют круглую форму.

- Выполненное иэ бетона полое тело

45 1

4,-которое имеет эллнпсоидальную форму, снабжено отверстием, расположенным в верхней его части, которое со общается посредством ствола 9 с горизонтальным туннелем 10. Через тун, 50 нель 10 и ствол 9 .радиоактивный материал может передаваться в полое тело 4.

Ствол 11 направлен вверх к горизонтальному туннелю 10 и предназна- .И чен для осмотра хранилища. Персонал, осуществляющий контроль за хранилищем, может быть опущен вниз через ствол ll для визуальной инспекции внутренней полости полого тела 4, Наблюдение можно осуществлять также с с помощью телевизионной системы.

Вертикальный ствол 12 проходит через оболочку 6 иэ коренной породы вверх к горизонтальному туннелю 10.

В стволе 12 установлены измерительные приборы (не показаны), предназначенные для определения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эти измерительные приборы могут соединяться с помощью проводов, проходящих по стволу 9 и тун-. нелю 10, с показывающими устройства,ми, размещенными в пункте наблюдения и контроля, Б монолите коренной породы 1 вне пределов хранилища могут быть предусмотрены дренажные туннели 13, рас. положенные по окружности вокруг хранилища, Назначением этих дренажных туннелей 13 является отведение грунтовых вод, которые могут находиться в коренной породе за пределами хранилища. Скважина14 проходит от дренажных туннелей 13 к поверхности

Горизонтальный туннель 10 может сообщаться непосредственно с предприятием, осуществляющим регенерацию отработанного ядерного горючего, поэтому в данном случае уменьшается опасность радиоактивного. заражения, . имеющая .место при транспортировке радиоактивных отходов.

Система снабжена соответствующими подъемными и транспортными средствами для перемещения радиоактивных отходов по стволу 9 и распределения отходов в пространстве внутри полого тела 4, выполненного из бетона.

Создание системы может быть осуществлено путем использования известных способов экскавации земли.

Прежде всего делают рабочие и транспортные туннели, пробуриваемые в породе до того места, где должны будут размещаться полость 3 и оболочка 6.

Экскавация полостей осуществляется снизу вверх, Зазор 7 наполняют глиной сразу же после того, как из него удалена порода. Глину подают под давлением, так что при этом в ней не остается никаких пустот, В области (фиг.1 пунктирные линии 1S) примыкающей к дну зазора 7, глину необходимо стабилизировать путем добавления

1}63808 в нее подходящего стабилизирующего реагента, это необходимо для того,. чтобы она выдерживала более прочно давление оболочки 6 из коренной породы. Когда вырыта полость 3, дно S ее заполняют глиной до определенной высоты. Затем изготавливают полое тело 4 из бетона и соединяющие стволы

9 и 11. После затвердевания бетона и размещения на внешней поверхности полого тела 4 из бетона изолирующего слоя пластика пространство между полым телом 4 из бетона и стенками полости 3 целиком заполняют глиной.

Когда структура хранилища полностью 1S завершена, упомянутые рабочие и транс" портные туннели могут быть залиты бетоном, Трещины и разрывы, которые могут иметь место в коренной породе вблизи местонахожцения двух полостей, закрывают путем подачи в них бетона.

Если имеют место смещения или опускания породы вне хранилища, то . эти перемещения прежде вызывают де- д формацию глины 8 в зазоре 7. Если толщина этой глиняной оболочки достаточна, то деформация не передается следующим оболочкам. Если же деформация будет такой силы, что захватит даже оболочку 6 из коренной породы, то силы, вызывающие деформацию, поглощаются слоем глины 5 в пространства между стенкой полости 3 и полым телом

4. Расположенное внутри всей системы

35 полое тело 4 из бетона имеет предпочтительно эллипсообразную или сферическую форму, обеспечивающую очень высокую сопротивляемость воздействию напряжений, действующих на нее извне, 1Щ поэтому даже деформации очень сильной амплитуды, например деформации, вызываемые землетрясением, не могут воздействовать на подобную систему таким образом, чтобы разрушилось полое тело 4 из бетона.

Во втором варианте хранилища (фиг.2) зазор 7 доходит до поверхности земли 2. Горизонтальное сечение зазора 7 предпочтительно имеет фор$O му трубки.

На поверхности земли зазор 7 зак„рыт. слоем бетона 16, препятствующим выдавливанию на поверхность глины 8.

Слой бетона 16 делают весьма толстым 55 .для того, чтобы предотвратить также воэможность намеренного повреждения . системы.

Второй вариант (фиг,2) особенно предпочтителен для тех случаев, когда уровень грунтовых вбд в.породе, окружающей хранилище, очень высок,. Оболочка 6, состоящая из коренной породы, ;расположенная внутри зазора 7,.заполненного глиной 8, может иметь систему дренажа так что в ней не остает ; ся никаких грунтовых вод, а оболочка иэ глины 8 эффективно препятствует проникновению грунтовых вод из находящейся с внешней стороны от нее моно= лита коренной породы 1 s систему.

В третьем варианте хранилища (фиг. 3 и 4-тепло, образующееся под воздействием находящегося на хранении радиоактивного материала, распределяется и рассеивается простым и эффективным способом.

Хранилище (фиг.3 - 4).может размещаться в монолите коренной породы

1 на определенной глубине ниже уровня земной поверхности 2. Эта глубина ! может соответствовать например

300-600 м. В монолите коренной -породы 1 выбирается полость и В этой . полости остается оболочка 6 из коренной породы, Зазор 7 между оболочкой 6 и монолитом коренной породы 1 заполнен глиной 8, которая образует оболочку, закрывающую оболочку 6 из коренной породы. Оболочка 6 из коренной породы устанавливается в определекное положение по отношению к находящемуся снаружи монолиту коренной породы 1 с помощью опорных элементов 17, которые могут состоять из усиленного бетона или оставшейся породы.

Оболочка 6 из коренной породы содержит полость 3, имеющую сферическую форму и сообщающуюся посредством вертикального ствола 9 с горизонталь. ным туннелем 10, который расположен. вблизи уровня поверхности земли 2.

Полость 3 и ствол 9 окаймлены усиленным бетоном 18.

Полость 3 содержит пространство, в котором размещается радиоактивный материал.. Внутри полости 3 устанавливается вертикально цилиндрическийэлемент 19, выполненный из усиленно.го бетона. В нижнем конце цилиндрического элемента 19 предусмотрены два ряда вентиляционных отверстий 20 выполненных по периферии. Вблизи верхней части цилиндрического элемен". та 19 предусмотрен ряд,отверстий 21, 1163808

10

Э5 нанесенных также по периферии стенки.

Цилиндрический элемент 19 опирается своим нижним концом на дно полости

3, в то время как его верхний конец установлен на некотором расстоянии от ее верхней части, Таким образом, цилиндрический элемент 19 делит rio.«« лость 3 на внешнее пространство между внешней поверхностью цилиндрического элемента 19 и стенкой полости

З.и на внутреннее пространство, образованное внутренней полостью цилиндрического элемента 19. Эти пространст= ва сообщаются одно с другим через вентиляционные отверстия 20 в нижнем конце и через открытый верхний конец цилиндрического элемента 19 и отверст тия 21.

Пространство в полости 3, которое не занято цилиндрическим элементом 20

19, наполняют сферическими телами

22. (фиг.4)выполненными в форме ша/ ров и изготовленными из бетона, причем все они имеют одинаковые диаметры. Сферическое тело снабжено рядом 25 сквозных отверстий 23 (в данном случае три).Сквозные отверстия 23 выполнены в форме прямых цилиндров, причем они размещены таким образом, что линии, проходящие через их цент" щ ры, находятся в вершинах равностороннего треугольника. Каждое сферическое тело 22 снабжено крюком или выступом 24, который прикреплен к шару и с помощью которого шар можно поднимать или опускать. Сферические тела 22 помещаются в полости 3 таким образом, что проделанные в них сквозные отверстия 23 располагаются под определенным углом к горизонтальной плоскости, Этот угол выбирается таким образом, что сквозные отверстия 23 заканчиваются в пространствах, находящихся между сферическими телами

22, Крюк или. выступ 24 установлен относительно сквозных отверстий 23 таким образом, что когда сферическое тело 22 опускают в полость 3, зацепив его за крюк или выступ 24, сквозные отверстия 23 автоматически устанавливаются в требуемом направлении.

Радиоактивный материал, предназначенный для размещения в хранилище находится в твердом виде и имеет форму стержней. Таким образому отрабо- 55 танные элементы и кассеты топливных, элементов, извлеченные из ядерного ! реактора, могут храниться беэ всякой последующей обработки в предлагаемом хранилище.

Стержни радиоактивного материала подаются в сквозные отверстия 23 для размещения в некоторых сферических телах 22, а именно s тTеeх и8з 3 нHи х, которые размещаются внутри цилиндрического элемента 19, и предпочтительно только в тех, которые находятся внижней части внутреннего пространства цилиндрического элемента 19. Целесообразно цилиндрический элемент 19 заполняется сферическими телами 22, содержащими радиоактивный материал, только на одну треть своей высоты.

Стержни .радиоактивного материала помещаются в сквозные отверстия 23 в сферических телах 22 таким образом, что стержни пространственно удалены от внутренней поверхности сквозных отверстий 23, что обеспечивает свободную циркуляцию воздуха через сквозные отверстия 23 вдоль стержней радиоактивного материала. На фиг.4 некоторые стержни топливных элементов 25 помещены в сквозные отверстия 23 сферических тел 22,,Стержни топливных эле ментов 25 уложены внутри отверстий 23 с помощью подходящих для этих целей опорных устройств (не показаны), Строительство хранилища может быть осуществлено путем проведения вэрывных работ по известной методике. Внутреннюю полость 3 необходимо облицевать внутри значительно усиленным бетоном. Бетонный цилиндрический элемент 19 изготавливают путем заливки бетона на то место, где он должен находиться, внутри полости 3. Пространство с внешней стороны цилиндрического элемента

19 заполняется бетонными сферическими телами 22, которые опускаются туда через ствол 9. Бетонные сферические тела 22, содержащие радиоактивный материал, размещаются на дне цилиндрического элемента 19, и над ними размещаются сферические тела 22, кото, рые не содержат радиоактивного материала.

Ствол 9 выходит нижним своим кон- . цом непосредственно над верхним отверстием цилиндрического элемента 19, Если имеется необходимость, сферические тела 22 можно легко вынуть из внутреннего пространства цилиндричес кого элемента 19, что может оказаться желательным, например, в том случае, когда хранимый в них радиоактивный

7 116 материал необходимо вынуть для регене рации.

В хранилище (;фиг.Э и 4) воздух, находящийся в нижней чагтй цилиндрического элемента 19, нагревается под 5 воздействием тепла, испускаемого радиоактивным материалом, и поднимается внутри этого элемента до самого его верха, а там направляется через отверстия 21 в верхней части в сторону 16 стенки полости 3, где он охлаждается и стекает вниз в пространство, расположенное между цилиндрическим элементом 19 и стенкой полости 3. После этого воздухвновь поступает в цилинд- f5 рический элемент 19 через вентиляцион. ные отверстия 20 в нижней его части, 1 контактирует с радиоактивным материалом, снова подогревается, а эатем цикл повторяется. Воздух протекает 20 через пространство между сферическими

3808 8 телами 22 и через сквозные отверстия

23 в этих телах. Таким образом, сферические .тела 22 действуют в качестве пористой массы, которая обеспечивает относительно свободное и быстрое перемещение воздуха и одновременно препятствует воэможности сжатия и обруши" вания полости под воздействием значи тельных внешних сип.

Таким образом, предлагаемое хранилище может обеспечить безопасное раз. мещение радиоактивных. отходов в тече-: ние периода времени, достаточно длинного для того, чтобы уровень радиации этих материалов снизился до безопасного уровня.

1<роме того, хранилище может также. использоваться для размещения в нем и других материалов, не являющихся радиоактивными отходами., 18

)1б3808

УЬг. 2

ll63808

17

Фиг.3

I 163808

Составитель А. Вихров

Техред Т.Маточка Корректор C.щекмар

Редактор С.Саенко

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4116/57 Тираж 408 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитетаСССР по делам изобретений и QTKph)THB

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5