Способ захоронения твердых высокоактивных отходов в геологических формациях

 

Изобретение относится к защите окружающей среды, а точнее к обезвреживанию твердых высокоактивных отходов на специальных станциях захоронения При вктаочении высокоактивных отходов в металлические матрицы получают развитую поверхность металлобпока. Для этого на цилиндрической поверхности колодца для захоронения выполняют радиаторные выемки. В объеме колодца размещают металлическую сетчатую конструкцию, не соприкасающуюся со стенками колодца где размещают твердые высокоактивные отходы и заливают расплавом матричного металла. 2 злф-пы, 1 ил.

(ю) SU (и) 1718671 Al (Si) 4т G21 F9 24

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСНУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

OIIHCABHE ИЗОБРЕТЕНИ й„.ф ®н

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .

1 (21) 4802152/25

{2R) 160390 (46) 30.11.93 Бюл. Й» 43И

- (г1) вкооавское научно-производственное обьединение "Радон"

P2) Арустамов АЭ.. Ожован МИ; Ширяев M. (64) CA0COS ЗАХОРОНЕНИЯ. ТВЕРДЫХ ВЫ©ОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ГЕОЛОГИЧЕС-.

КИХ ФОРМАЦИЯХ (Щйзобреуение относится к защите окружающей . среды, а точнее к обезвреживанию твердых высокоактивных отходов на специальных станциях захоронения При включении высокоактивных отходов в металлические матрицы получают развитую поверхность металпобпока Для этого на цилиндрической поверхности колодца для захоронения выполняют радивторньи выемки. В объеме колодца размещают метаетическую сетчатую конструкцию, не соприкасаккцуося со стенками колодца, где размецают твердые высокоактивные отходы и заливают расппавом матричного металла. 2 з.п.ф-лы, 1 ип.. 1713б71

Изобретение относится к защите окружающей среды, а именно к обезвреживанию твердых высокоактивных отходов путем включения их в металлические матрицы непосредственна в хранилищах, размещенных в различных геологических формациях. Наиболее эффективна предлагаемый способ может быть использован на специальных пунктах захоронения.

Известен способ обработки высокоактивных отходов с последующим включением их в металлическую матрицу, заключающийся в том, что кзльцинированные или остеклованные радиоактивные отходы включают в металлическую матрицу в экранированном, снабженном радиационной защитой металлическом контейнере с последующим направлением его на захоронение. причем подача матричного металла в контейнер осуществляется различными способами, одним из которых является заливка радиоактивных отходов расплавом матричного металла..

Недостатками данного способз являются радиационная опасность для обслуживающего персонала, невозможность увеличения удельной активности захоранивземого продукта в объеме матрицы за счет . апасйости раста температуры матричного металлоблока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ включения радиоактивных отходов высакого уравня активности в металлические матрицы, заключающийся s том, что отработавшие источники ионизирующего излучения (ОИИИ) размещают в хранилище колодезнога типа и включают в металлическую матрицу.нз основе свинца и его сплавов. Включение ОИИИ в металл проводят непосредственна в хранилище парциями, т.е. проводят послойную фиксацию ОИИИ в объеме металлаблока. Включейие проводят до полного заполнения обьема хранилища, Недостатками данного способа являются повышенная радиационная опасность для окружающей среды за счет выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов, что мажет прйвести к расплавлению, перегреву расплава металлической матрицы и возможноСти ее проникновения в.расплавленном состоянии. в окружающую среду, невысокая удельная активность захораниваемых отходов в объеме хранилища.

Целью изобретения является повышение. безопасности хранения высокоактивных отходов за счет увеличения эффективности теплоотвода выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов и предотвращения контактов .радионуклидов со стенками колодца при одновременном повышении экономичности способа путем увеличения удельной захораниваемой активности в объеме колодца.

Поставленная цель достигается путем бурения вертикальнога колодца в различных водонепроницаемых геологических формациях, снабженного расположенными по поверхности радиаторными выемками, после чего на дне пробуренного колодца устанавливают металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенками колодца. В указанной емкости размещают твердые высокоактивные отходы, а затем осуществляют подачу расплавленного матричного металла в перегретом сверх его температуры плавления на 200-250 С состоянии, после чего все операции повторяют да полного заполнения сетчатой .20 емкости.

На чертеже показана конструкция колодца для реализации способа.

Способ осуществляют следующим образам.

В вертикальна пробуренном колодце размерами 0,2 м «б:-9,5 м, 1 м«Ь «10 м, находящемся в геологической формации (каменная соль; базальт, гранит, гнейс, глина), выполняют радиатарные выемки. Наи>0 более эффективным является расположение радиаторных вывмок в виде вертикальных радиально-щелевых 1 и/или. кольце-щелевых 2 выемок, расположенных по всей высоте колодца 3. Указанная геометрия выемок является .наиболее предпочтительной в сравнении с другими конфигурациями, например "ежеобразными" игольчатыми выемками, па причине того, что содержащаяся в водонепроницаемой породе. влага для предлагаемой формы выемок оказывает минимальное корразионное действие..

В колодце размещают металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенкой колодца. После размещения емкости в нее подают партию твердых высакоактивных отходов с активностью от 1 да ЗО тыс. Ки, затем заливают расплавленным металлом (свинец) с температурой выше температуры плавления на 200-250 С в

50 количестве, необходимом для полного включения всей партии отходов, после чего все операции повторяют до полного заполнения сетчатой емкости.

В процессе заливки происходит запол55 нение обьема колодца и рздиатарных выемок металлическим расплавов с одновременной фиксацией высокоактивных отходов в объеме:матричного металла, В процессе фиксации высокоактивных отходов происходит образование радиаторной

1718671 теплоотводящей поверхности, обеспечивающей повышенную эффективность теплоотвода в окружающую среду выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов, а также образование дополнительного за- 5 щитного барьера, препятствующего миграции радионуклидов .в окружающую среду;

Последовательность данных операций по-. вторяют до полного заполнения сетчатой емкости. 10

Выбор геологической формации, в которой. происходит бурение вертикального колодца, определяется условиями без- .. опасности последующего долговременного хранения высокоактивных отходов: доста- t5 точная прочность породы, ее водонепроницаемость и т.д; С учетом этих требований наиболее приемлемыми являются. каменная соль, гранит, базальт, гнейс, глина:.

Процесс заливки высокоактивных отхо- 20 дов проводится при перегреве матричного металла на 200 —.250 С, что является обязательным условием для достижения поставленной цели, так как при перегреве матричного металла сверх его температуры. 25 плавления на температуру < 200ОС происходит быстрая кристаллизация металла. что может служить препятствием для заполнения радиаторных выемок, Перегрев > 250ОС энергетически нецелесообразен. При за- -30 ливке высокоактивных отходов. размещенных в металлической сетчатой емкости, s объеме колодца возможно нарушение равномерности распределения высокоактивйых отходов вметаллической матрице,,а 35 именно за счет ударного воздействия пада- .. ющей струи расплавленного металла часть высокоактивных отходов может концентрироваться по внутреннему периметру метал- ... лической сетчатой емкости. Существенной 40 опасности для окружающей среды это н8. представляет, поскольку металлическая сетчатая емкость препятствует возможности контакта высокоактивных отходов со стенками колодца; однако с точки зрения 45 недопущения нерационального использования объема хранилища наиболее предпочтительной является геометрия колодца; определяемая следующими условиями

1 м Ы 10 м, 0.2 м «d 0,5 м.. 50 где h — высота колодца; б — диаметр колодца.

При соблюдении укаэанных условий не-: равномерность распределения высокоак55 тивных отходов в объеме. металлоблока является минимальной.

Экспериментальными данными установлено, что при h > 10 м и б > 0,5 м в процессе заливки расплавленным металлом радиоактивных отходов наблюдается неравномерность их распределения по объему, связанная с ударным действием струи, расплавленного матричного металла. Концентрации отходов в центре и по периметру сетчатой емкости соотносится (в относительных единицах, определенных на основе замера температур в указанных зонах) как

1:(5-7), Если же h < 1 м, а б < 0,2 м, то концентрация высокоактивных отходов на- . столько велика, что матричный металл, количество которого сравнительно .невысоко из-за малых размеров хранилища, находится в расплавленном состоянии, что недопустимо. Соотношение концентраций от центра к пе риметру сетки составляет в среднем 1:(1,2 — 1,4), что является допустимым, так как не приводит к локальным перегревам, которые могут расплавить матрицы, и не оказывает сколь-нибудь значительного влияния на скорость выщелачивания (изменение скорости выщелачивания в зависимо-сти от изменения концентраций находится в пределах одного порядка, что не является существенным), Расположение радиаторных выемок по всей высоте колодца обеспечивает эффективный теплоотвод в окружающую среду тепловой энергии распада, выделяемой радионуклидами, что предохраняет матричный металл с включенными высокоактивными отходами от расплавления.

Предложенный способ позволяет разделить отдельные металлоблоки горной породой, а также подобрать такие условия хранения, которые отвечают безопасному захоронению. увеличение суммарно-захораниваемой активности возможно за счет улучшения теплофизических параметров, создания дополнительного защитного барьера и выбора геологических формаций с параметрами, удовлетворяющими безопасному долговременному захоронению. (56) Патент ФРГ М 2731548, кл. 0 21 F 9/ОО, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ь& 1184382, кл, G 21 F 9/28, 1984.

1718671

Составитель С.Кондратенко

Редактор М.Стрельникова Техред М.Моргентал Корректор Е г апп. Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Рауеская наб., 4/5

За«аз 3337 производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101.Формула изобретения

1. САОС06 ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ

ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 8 ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФОРМАЦИЯХ, включающий 5 бурение.вертикального колодца в геологической формации, послойное размещение высокоэктивнах отходов в объеме пробуреиного колодца и послойную их заливку расплваом матрйчного-металла на основе 10 свинца и его сплавов, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности хранения: высокоактивных отходов за счет увелйчения . эффективности теплоотвода „ выделяемой тепловой энергии распада радиоиуклйдов и предотвращения контакта рщМОнуклидов со стенками колодца гфи одновременном повышении экономичности ссоб пуем уюления удельной за- 20 хораниваемой активности в обьеме колодца, на цилиндрической поверхности колодца выполняют радиаторные выемки, s обьеме колодца размещают- металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенками колодца, где размещают твердые высокоактивные отходы, в заливку расплавом матричного металла проводят при температуре не менее чвм. на 200 С вы-: ше температуры плавления самого металII3, 2; Способ по пЛ, отличающийся тем, что размеры колодца определяются аледующими характеристиками:

1м (10м, 0,2м z б .О,Бм, где h - высота колодца;

d - диаметр колодца.

3. Способ по пЛ, отличающийся тем, что радивторйые выемки представляют собой радиально-щелевые и/или кольце-щвлевые выемки.