Хранилище для радиоактивных материалов в скальной породе

 

Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов . Цель изобретения - повьшение безопасности хранения радиоактивных материалов. Хранилище содержит полый корпус 4 для размещения радиоактивнь1х материалов, вокруг которого имеется скальная порода 6, в которой выполнена дополнительно еще одна полость 7, заполненная упругим материалом , разбухающим в воде. Вокруг другой полости на расстоянии от нее проходит спиральный туннель 12. От спи

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) (51) 4 G 21 F 9 36

ВСГ» -lit l3, ! gpss.",, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К flATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3791618/24-25 (22) 18.09.84 (31) 8305025.2 (32) 19.09 ° 83 (33) sw (46) 30,01.88. Бюл. №- 4 (71) Болиден Актиеболаг (SW) (72) Стен Г.А.Бергман, К.Ивар Сагефорс, Бенгт Э.Экессон (SW) (53) 621.039.7(088.8) (56) Патент Швеции № 420780, кл, G 21 Г 9/34, 1981.

Патент Швеции ¹ 402176, кл. G F 9/34, 1978.

Патент Швеции ¹ 420781, кл. G 21 F 9/34, 1981. (54) ХРАН11ЛИЩЕ ДЛЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СКАЛЬНОЙ ПОРОДЕ (57) Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов, Цель изобретения — повьппение безопасности хранения радиоактивных материалов. Хранилище содержит полый корпус 4 для размещения радиоактивных материалов, вокруг которого имеется скальная порода 6, в которой выполнена дополнительно еще одна полость 7, заполненная упругим материалом, разбухающим в воде. Вокруг другой полости на расстоянии от нее проO ходит спиральный туннель 12. От спи- ф

1371511

30 рального туннеля отходят входные туннели по направлению к внутренним частям хранилища. Изобретение характери, Я зуется наличием по меньшей мере одной клетки, образованной вертикальными

Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов в скальной породе, в частности к хранилищам, предназначенным для В долговременного хранения отработанного ядерного топлива ядерных реакторов и радиоактивных отходов, получаемых при переработке отработанного ядерного топлива, 10

Целью изобретения является повышение безопасности хранения радиоактивных материалов.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое хранилище; на фиг.2 — 1". хранилище, предназначенное для промежуточного хранения или окончательного захоронения радиоактивных материалов; на фиг.3 — то же, внутренний объем; на фиг.4 — сечение Л-Л па 20 фиг. 3; на фиг. 5 — хранилище с множеством сборников для размещения радиоактивного материала; на фи .6 — то же, с двумя сборниками для радиоактивного материала; на фиг.7 — сечение Б-Б на фиг.6; на фиг.8 — сечение

В-В на фиг,б.

Хранилище размещено в породе 1 на определенной глубине под поверхностью 2 земли. В породе выполняется внутренняя полость 3, контур которой показан на фиг.1. Выполненный, например, из бетона, пустотелый корпус 4, внутренний объем которого образует пространство для хранения радиоактивных материалов, установлен внутри полости 3, так, что его внешние стенки отстоят от стенок полости 3 ° Пространство между стенками по- 40 лости 3 и бетонного корпуса 4 заполнено глиной 5. Пространство внутри такого бетонного корпуса 4 предпочтительно использовать для хранения низкоактивных отходов с ограниченной 45 тепловой нагрузкой. скважинами вокруг хранилища, предпочтительно соединяющимися со спиральным туннелем 12 для приема и отвода воды, подходящей к хранилищу и отходящей от него. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Полость 3 находится в скальной породе 6, которая, в свою очередь, находится во внешней полости 7, также заполненной глиной 8. В горизонтальном сечении полости 3 и 7 имеют круглую форму. В этом случае стенки внешней полос ти 7 образуют две концентрические окружности.

Корпус 4, имеющий эллипсоидную, цилиндрическую или сферическую форму, снабжен в верхней части отверстием, которое сообщается через шахту 9 с горизонтальным туннелем 10. Радиоактивный материал может транспортироватьси по туннельно 10 и шахте 9 в пустотелый бетонный корпус 4. Внутренний объем бетонного корпуса 4 разделен перегородками 11 на несколько камер, в которые последовательно вводится радиоактивный материал, Некоторые камеры, расположенные в верхней части хранилища, це содержат радиоактивного материала и предназначены для снижении котищ<.íòðации тепла в хранилище. Хрэшеп ще может контролироваться с помощью телевизионной системы, камеры которой размещаются в отверстиях и/и.п в верхней части полости 4, а мониторы расположены на расстоянии от хранилища.

В скальной породе вне места фактического хранении расположен спиральный туннель 12, который проходит от поверхности земли до нижнего уровня участка хранения. Спиральный туннель 12 выполняется для транспортировки обломков породы при строительстве хранилища, от него отходят строительные галереи и туннели 13, направленные к центру хранилища, Между витка- ми спирального туннеля 12 проходят скважины 14, расположенные на расстоянии 1-2 м одна от другой. Корпус 4 разделен на несколько камер 15. Сква!

37!511 жиHû 1 4 о тк рыв аютс я ВО Р irárrrrrroí с те нкp

/ спирального туннеля 12 и,соединяясь,образуют множество скважин, проходящих вертикально от вершины 16 хранилища до его нижнего уровня 17. Вода, проходящая по микро- и макротрещинам в окружающей скальной породе, по скважинам 14 проводится вокруг хранилища или к его нижнему уровню 17, откуда в случае необходимости может быть откачана насосами по трубопроводу 18, размещенному в спиральном туннеле !2, В определенных случаях скважины 14 можно заполнить взрывчаткой и подор- f5 вать для образования трещин (предварительное раскалывание) между пробуренными скважинами, Таким способом можно получить максимальное количество трещин, ведущих к скважинам и про- 20 ходящих между ними, хотя расчеты показали, что сами скважины образуют полностью удовлетворительный гидрологический барьер, 25

Показанный транспортный туннель 10 может соединяться непосредственно с предприятием по переработке радиоактивных ядерных топлив. Это снижает риск, связанный с транспортировкой радиоактивных отходов. !!!ахты, соединенные с транспортным туннелем 10, могут выходить в сооружения для приема радиоактивных отходов. Эти споружения могут располагаться на поверхности земли или быть заглубленными в

35 грунт. Вертикальная шахта или ствол, проходящие вверх от туннеля 10, могут быть выполнены в скальной породе 6. Шахта предназначена для размещения устройств (не показаны) для измерения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эта измерительная аппаратура может быть соединена с соответствующими индикаторными устройствами на станции слежения посредством кабелей, проложенных в шахте 9 и туннеле 10, Измерительная апаратура может также быть размещена в туннеле 12.

Хранилище может также быть оборудовано соответствующими подъемными (лифты, подъемники) и транспортными механизмами для транспортирования радиоактивных отходов по шахтам и для распределения отходов в пространстве для хранения в пустотелом корпусе 4, Такое подъемно-транспортное оборудование управляется дистанционно.

Хранилище может быть построено с помощью известных способов извлечения породы. Сначала в породе проходятся рабочие и транспортные туннели и стволы в том месте, где должны быть размещены указанные две полости.

Взрывная проходка полостей может осуществляться снизу вверх. Внешняя полость 7 последовательно заполняется смесью бетонита и песка по мере удаления обломков породы, Бетонитопесчаная смесь трамбуется до такого состояния, чтобы в ней не оставалось пор, Глину, расположенную в нижних уровнях, можно стабилизировать, добавляя соответствующий стабилизирующий агент, например кварцовый песок, чтобы глина надежно выдерживала нагрузку массы скальной породы 6. Когда выработана полость 3, на дпо этой полости закладывают бетопитопесчаную смесь на достаточную высоту или глубину. После этого отливают пустотелый бетонньш корпус 4 вместе со связанной с пим пахтой 9, Когда беT0н застынет, простр lrrñтво между бетонным корпусом и стенками внутренней полости полностью заполняют глиной. По завершении строительства ра бочие и транспортные туннели могут быть заполнены бетоном, Любые трещины, pacrrorr nzcrrrrrre в скальной массе рядом с полостями, бетоном или каким-либо уплотняющим материалом, например, пластическим .

Предлагаемое хранилище может содержать множество оболочек из различных материалов, расположенных одна в другой, например, внутренний бетонный корпус 4, первая полость 3 из бетонитопесчаной смеси, скальная порода 6 и вторая полость 7 из бетонитопесчаной смеси, которая полностью окружена породой.

Согласно варианту исполнения хранилище (фиг ° 2-4) содержит пустотелый корпус 4, в котором имеется открытое верхнее пространство 19, имеющее форму конуса, выполненное в скале, а внизу выполнен кольцевой туннель 20. Мюкду кольцевым туннелем 20 и коническим верхним пространством 19 проходят вертикальные туннели 21 большого диаметра для создания вентиляционных проходов, обеспечивающих конвекционную вентиляцию и охлажде1371511 ние расположенного между ними скального материала. B этом скальном материале также выполнено множество вертикальных галерей 22 меньшего диаметра, чем вертикальные туннели 21.

Диаметр более узких вертикальных галерей 22 составляет примерно 1-1,5 м, а диаметр вертикальных туннелей 21 сс ставляет 2-6 м. Вертикальные туннели и галереи могут быть выполнены известными способами. Радиоактивные материалы размещают в более узких вертикальных галереях 22 для получения наивысшей тепловой эмиссии в нижней части этих галерей с тем, чтобы добиться циркуляции воздуха, показанной стрелками на фиг.2. Радиоактивный материал вводится в хранилище по вертикальной шахте 23 и распределяется по различным вертикальным галереям роботами (не показаны), контролируемыми по телевидению.

Как показано на фиг.4, туннели 21 и галереи 22 располагают по окружностям, в результате чего достигается максимальное охлаждение скального материала. Вследствие циркуляции воздуха в галереях 22 происходит первичное охлаждение, т.е. нагрузка на скальный материал значительно меньше, чем если бы все отводилось по этому скальному материалу., Как показано на фиг.3 и 4, на расстоянии от пустотелого корпуса 4 расположена другая полость 24, которая заполнена пластически деформируемым материалом, например бетонитопесчаной смесью.

Однако создание бетонитового барье ра необязательно (фиг.2), поскольку во многих случаях наличия внешней клетки, образованной спиральным туннелем 12 и скважинами 14, оказывается достаточным для предотвращения проникновения воды в систему.

Вокруг хранилища может быть расположен еще один барьер из пробуренных скважин 25 (фиг.2), который может быть соединен с клеткой в ее нижнем уровне для эвакуации воды, проникшей в клетку. Скважины 25 проходятся из двух кольцевых туннелей 26 и 27, расположенных на уровнях вершины и основания хранилища соответственно.Под нижним уровнем 17 хранилища размещено насосное помещение 28, соединенное с ним туннепем 29.

)с

:30 35 а0

<5

Область вокруг скважины 25 может быть предварительно подвергнута предварительному растрескиванию, Если скальные породы вне хранилища смещаются, оседают или подвергаются деформации, перемещения породы в первую очередь вызывают деформацию внешней заполненной глиной полости 7 или 24. Если эта полость достаточно широка, деформирующие усилия не передаются на внутреннюю оболочку в сколь-нибудь значительной степени,.

Однако, если порода деформируется до такой степени, что затрагивается и скальная порода 6, деформирующие усилия демпфируются внутренней глинистой оболочкой. Внутренний бетонный корпус 4, имеющий элипсоидную, цилиндрическую или сферическую форму, очень прочен и устойчив к воздействию внешнего давления, поэтому даже большие деформирующие усилия, например, вызываемые землетрясениями, не могут воздействовать на хранилище в такой степени, чтобы разрушить внутренний бетонный корпус 4.

На фиг.5 показано хранилище, в котором собрано несколько корпусов 4 (в данном случае семь), расположенных в форме правильного шестиугольника с центральным участком. Каждый корпус 4 имеет диаметр 120 м и расположен на расстоянии 120 м от соседних корпусов. Вокруг всех этих корпусов пробит спиральный туннель 12, по которому расположена первая серия 30 вертикальных скважин. Две другие серии 31 и 32 скважинных завес расположены в скальных породах на расстоянии 30 м друг от друга и на расстоянии 30 м от первой внутренней серии скважин, На фиг.6 показано хранилище (вертикальное сечение), имеющее два корпуса 4 для хранения радиоактивных отходов. Вне двух корпусов 4 для хранения расположены разнесенные друг от друга два защитных барьера, выполненные вертикальными скважинами 33 и 34, соединенные друг с другом наклонными барьерами 35 и 36 для образования клеток. Бурение скважин, образующих барьеры, осуществляется из предварительно пройденных двенадцати горизонтальных туннелей 37. Каждый корпус 4 содержит верхний горизонтальный центральный туннель 38, из которого пробурено большое коли1371511 чество вертикальных скважин 39, причем эти скважины образуют пространство для хранения радиоактивного материала, Под этими скважинами проходит

5 нижний горизонтальный центральный туннель 40, предназначенный для вентиляции хранилища. Вентиляция, кроме того, обеспечивается четырьмя вертикальными скважинами 4) большего раз- 10 мера в каждом из хранилищ, а также двумя горизонтальными верхними 42 и двумя горизонтальными нижними 43 туннелями, которые сообщаются соответственно с центральными скважинами 39 и туннелями 40 через вертикальные скважины 44. Верхние 42 и нижние 43 туннели соединены также друг с другом соединительным туннелем 45.

Радиоактивный материал, подлежащий хранению, вводится в верхний горизонтальный туннель 38 по транспортному туннелю (не показан) и оттуда в скважины 39 роботами, контролируемыми по телевидению. Эти роботы могут 2 обеспечить хранение радиоактивного материала и между скважинами, Хранилище выполняется на большой глубине в скалах. Горизонтальный участок хранилища имеет диаметр около 170 м, центральный корпус хранилища, снабженный внутренним глиняным или бетонитовым барьером — около 4 м.

Между этим барьером и вторфм глиняным или бетонитовым барьером находит35 ся примерно 40 м твердой скальной породы, а между этим, вторым барьером и спиральным туннелем шириной 4-8 м имеется еще один скальный барьер толщиной 15-20 м.

В зависимости от того, предназначено ли хранилище для окончательного захоронения илн для промежуточного складирования радиоактивных отходов, а также от степени вентиляции хранилища для охлаждения радиоактивного материала такое хранилище может вместить до 1500 т радиоактивного материала. Рассчитано, что максимальная температура внутри полости в скале достигает 180 С через )0-)5 лет, а за счет промежуточного складирования при хорошей вентиляции эта температура может быть значительно снижена.

1 формулаизобретения

1. Хранилище для радиоактивных материалов в скальной породе, содержащее полость, выполненную в скальной породе, и полый корпус для хранения радиоактивного материала, расположенный внутри полости, причем пространство между стенками полости и полого корпуса заполнено пластически деформируемым материалом, а вокруг полости выполнен спирально проходящий туннель, связанный с полостью и полым корпусом через входные туннели, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности хранения радиоактивных материалов, вокруг полости выполнены вертикальные скважины, сообщающиеся со спиральным туннелем и образующие с ним по крайней мере одну клетку вокруг внешней полости, причем расстояние между скважинами не превышает 4 м.

2. Хранилище по п . 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вертикальные скважины разнесены друг от друга на расстояние )-2 м.

137151 l

87 !

f2 (Рие. 5

1371 511

@ue. 7 ,Ф 4 ю зз

I ! в

1371511

Г

39

/

Г

/

Составитель Т, Владимирова

Техред М.Моргентал Корректор N.лароши

Редактор Л. Веселовская

Тирах 395 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 435/59

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 б

I

l

ЗФ-

I

I

I

I

I ! !

1

I

ЗЗ

I !

I

I о î оо оооо оооо

000 оооо оооо оооо оооо ойдо оооо о оо о оооо оооо

ОООО ооо ооо оооо оооо ооо

oo oo

oo oo оооо ооо о оооо оооо оооо оооо оооо

ОООО

О оооо оооо оооо оооо оооо оооо ооо ооо оооо

oo oo оо оо

oo oo

oo oo

oo oo оо ОО

oo oo

oo oo

oo oo о

o oo

oo oo оооо

oo oo оооо оооо оо оо оооо оооо оооо оооо о

1

391

1

I

1

I !