Способ захоронения высокоактивных отходов

 

Использование: захоронение высокоактивных отходов в скважинах гео логических формаций. Сущность изобретения в скважине по ее высоте устанавливают нагреватель стенок породы с помощью которого нагревают скважину до температуры, превышающей температуру хранения отходов, но не выше температуры разрушения породы в прискважинной зоне., После нагрева опускают контейнеры. Подбор их диаметров осуществляют исходя из условия , чтобы после остывания нагретой породы зазоры между стенками скважины и контейнера исчезли. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 21 F 9/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4864680/25 (22) 10,08.90 .(46) 23.06.93. Бюл. 1" 23 (71) Московское научно-производственное объединение "Радон" (72) М.И.Ожован и Н.В.Ожован (56) Патент ФРГ Р" 2433168, л, С 21 Г 9/24, 1986.

Коллпер Дж ., Хьюитт Дж. Введение в ядерную энергетику. Энергоатомиздат, 1989, с. 220.

Заявка ФРГ М 2749110, кл, Г, 21 F 9/36, 1978. (54) cflOcOF здхоРонкния выспкоактивHbIX OTXOROR Ъ

Изобретение относится к переработке. радиоактивных отходов (PAO), в частности к захоронению отходов высокого уровня активности. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован на предприятиях радиохимических производств и на центрированных пунктах захоронения радиоактивных отходов, особенно твэлов, Способы захоронения высокоактивных отходов известны. Обычно их захоранивают в металлических контейнерах, бочках и т.д. в специально оборудованных хранилищах, созданных в геологических формациях или вырабо" " таиных шахтах. В хранилище контейнеры с отходами устанавливают штабедрии, заполняя пустоты между еамими контейнерами и между контейнерами и стен. Ж, 1734496 А1 (57) Использование." захоронение высокоактивных отходов в скважинах гео" логических формаций. Сущность изоб" ретения: в скважине по ее высоте устанавливают нагреватель стенок породы с помощью которого нагревают скважину до температуры, превышающей температуру хранения отходов, но не выше температуры разрушения породы в прискважинной зоне„ После нагрева опускают контейнеры. Подбор их диаметров осуществляют исходя из условия, чтобы после остывания нагретой породы зазоры между стени;учи скважины и контейнера исчезли.

1 табл. ками хранилища водонерастворимым после отверждения раствором (1).

Недостатком этих способов является их высокая стоимость, связанная с затратами на оборудование хранилища и его герметизацию, а также сложность технологии заполнения пустот водонерастворимым после отверждения материалом.

Необходимость заполнения пустот между стенками хранилища и контейнера, а также между самими контейнерами обусловлена тем, что в этих зазо- рах под влиянием выделяемого отхода", ми тепла циркулирует воздух, вынося, с одной стороны, в окружающую среду радионуклиды в виде горячих аэрозолей, а с другой, поставляя к контей, нерам свежие порции кислорода, спо" собствующих коррозии поверхностей

1734496 контейнеров„ Все это приводит к снижению безопасности и надежности захоронения отходов.

В последнее время получили распространение способы захоронения высокоактивных отходов в отработанных нефтяных, газовых и специально пробуренных в геологических формациях скважинах. При этом отходы в упаковках опускаются в скважины, а последние герметизируются (2). Однако, наличие пустот между упаковками и стенками скважины приводит также к циркуляции воздуха внутри скважины и меж)ду упаковками, способствуя тем самым коррозии поверхностей упаковок. Коррозии поверхностей упаковок способствует также вода, находящаяся в микротрещинах породы (естественных, технологических), которая вместе с воздухом под воздействием мощного радиационного поля подвергается радиолизу, Основными продуктами радиолиза являются оксиды азота, азон 25 и др. В присутствии воды диоксид азота образует HN0, которая при многократном увлажнейии и высыхании концентрируется на поверхности упаковок, стенок скважины и микротрещины поро- ЗО ды. Все это приводит к коррозии упаковок, которая увеличивается при озонировании воздуха. Следствием этих причин является разгерметизация упаковок, в процессе хранения, и вынос радионуклидов в окружающую среду, т.е. снижение безопасности и надежности захоронения отходов.

В связи с этим при захоронении высокоактивных отходов в скважинах 4О также стремятся ликвидировать зазоры между контейнером и стенками скважины путем заливки в скважину после опускания контейнеров с отходами расплава металла. 45

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ захоронения высокоактивных отходов в скважины, е котором в зазоры через цилиндрический элемент вводят гравий, затем опускают нагревательный элемент и нагревают гравий до температуры плавления (1000-1500 С) и плавят его (3).

Недостатками данного способа является следующее.

Указанная операция обеспечивает герметизацию только в природной части скважины, После опускания контейнера в скважину пустоты между

)1 + сС(т! -т ) )003 с - а (! *

Ос

+ !!!(т„, - т,)). )!)сз, где D

3 диаметр упаковки с высокоактивными отходами; диаметр скважины; эффективный коэффициент термического расширения породы, Т„ - температура хранения упакоХ

Т - начальная температура в о скважине и герметизируют выходной конец скважины, Новым е предлагаемом способе является нагрев скважины по всей рабочей высоте до температуры не ниже

200 С и не выше температуры разрушестенками скважины и контейнером остаются, так как при следующей заброске гравия последний не всегда попадает в эти пустоты и не всегда проп лавляется при нагреве и плавлении (проплавляется только верхняя часть гравия). Опасность растрескиванйя породы в прискважинной зоне при пла! лении -равия порциями (сначала природной части скважины, затем пос ле опускания контейнера с отходами), Указанные недостатки снижают бе-зопасность и надежность захоронения высокоактивных отходов. Кроме того, существенным недостатком является сложность технологии заполнения пустот в скважине (установка на скважине необходимого оборудования для подготовки заливки или заброски материала, заполняющего пустоты, наличие самого материала и т,д.).

Целью изобретения является повышение безопасности и надежности захоронения высокоактивных отходое в скважине с одновременным упрощением технологии захоронения.

Указанная .цель достигается тем, что непосредственно перед операцией захоронения высокоактивных отходов в скважину последнюю нагревают по о всей высоте до температуры Тд . 200 С и не выше температуры термического разрушения породы в прискеажинной зоне (Т n.), после чего в скважину опускают упаковки с отходами, при этом диаметры упаковок с отходами и скважины удовлетворяют соотношению

5 17344 ния породы; соотношение диаметров упаковок с отходами и скважины (D /D,), которое удовлетворяет выражению (1 «.О««Т„— Т )j 100_#_c - 6 (1 с

+ o«(т„; т )) )Oox.

Указанные отличительные признаки 10 позволяют использовать эффекты теплового расширения и сжатия различных материалов. Причем при нагреве породы в скважине в указанном интервале температур диаметр скважины уве- 15 личивается и упаковка с высокоактивными отходами свободно. проходит в скважину. В процессе естественного остывания происходит термическое сжатие скважины и одновременный об- 20 хват стенками скважины упаковки с еысокоактивными отходами, ликвидируя тем самым зазоры между упаков- кой и скважиной по всей высоте. Кроме того, при нагреве скважины в указанном интервале температур испаряется полностью вора из скважины и микротрещин в прискважинной зоне, э воздух высушивается„ И так как скважина герметизирована, зазоры 30 между упаковками и стенками скважины отсутствуют, то влияние водно" воздушной среды нэ поверхности упаковок практически устраняется и, следовательно, сРоки появления кор- 35 розии поверхности упаковок значительно удлиняются, что приводит к повышению безопасности и надежности хранения упаковок в скважине.

Способ осуществляется следующим 40 образом„

В породе (соль, гранит, базальт и др.) бурят скважину с диаметром

D 0,4 м (на глубину 10-12 м).

После. э о о в ск и у опускают ли" 45 нейный нагреватель и обогревают скважину ро тех пор, пока не достигается Тяс 200 С, но не выше T1)l, е присквэжинной зоне. для разных пород температура разрушения (Т „ ) имеет ц следующие значения: для каменной соли 801 С; для базальта 11001250 С. В связи с этим время нагрева при использовании одного нагревателя также будет разным. При íà- SS греве Эс за счет термического расширения породы увеличивается на ф((Тя с-Т ) 1003. После достижения температуры свыше 200 С вынимают нагре9б ватель и опускают в скважину упаковки с высокоэктивными отходами, и после наполнения скважины с упаковками она герметизируется заглушкой. Так как диаметр упаковки будет меньше, чем диаметр скважины, то упаковка с высокоактивными .отходами свободно проходит в ствол скважины. В процессе естественного остывания за счет термического сжатия происходит схватывание упаковок скважины, т„е«, диаметр скважины П, уменьшается на величину К (T Т ), 1004 и становится практически равным диаметру упаковки Л), ликвидируя тем самым зазоры между стенками скважины и поверхностью упаковки или поверхностями упаковок, В процессе нагрева скважины из нее удаляется путем испарения водная среда, а сама скважина с прилежащей к ней зоной высушивается. Высушивается также и воздух, который вытесняется из скважины при опускании в нее упаковок с отходами и сжатии породы при остывании.

Нижняя граница температурного интервала нагрева, т.е„ нагрев не ниже

200 С, обусловлена тем, что кэк пока-. зывают эксперименты, существует наличие остаточной влаги на стенках скважины и е микротрещинах породы в прискважинной области, а ве1)хняя граница не выше Т и тем, что при Т r

) Тр„ происхорит разрушение породы в прискважинной зоне, и тем самым увеличивается вероятность появления пустот, в которых может циркулировать воздух„

Примеры проведенных экспериментов по захоронению упаковок с высокоактивными отходами в скважины приведены в таблице, при этом Il = Рс

= 40,0 мм.

Из таблицы видно, что при изменении температуры породы в прискеэжинной зоне на 90-150 С не происходит полного удаления водной среды со стенок скважины, выполненной кэк е каменной соли, так и граните. При этом диаметр скважины увеличивается на незначительную величину, что приводит к трудностям установки упаковок с отходами в скважину, выполненную в каменной соли. В случае нагрева скважины в каменной соли до Т, 800 С порода в рабочей зоне начинает разрушаться, а в граните это явление! 734496

10 гДе Тн.с

25 где D

30 кр

Ти,с

Температура нагрева скважины

О ке ф

Изменение диаметра скважины при нагреве, Ф результат

Начальная температура скважины

Коэффициент линейного расширения

3 <10 ь, град-<

Порода

200

0,22

0,42

0,58

Наличие влаги на стенках скважин

Наличие остаточной влаги в микротрещинах породы

Скважина сухая. При помещении упаковок после остывания отсутствуют зазоры

Каменная соль (галит) 20

3,2

1000

800

1,86

2,5

То же

Порода вблизи стенок скважин разрушается

0,06

Гранит

Нэличие влаги на стенках скважины

1000

150

0,9

0,12

Наличие остаточной влаги на стенках скважины начинает происходить при Т значительно более высоких. Таким образом, Нагрев в интервале температур от

200 С до 600 С для скважины в каменной соли и граните оказывается достаточным для полного испарения воды, находящейся в скважине и микротрещинах породы, и ликвидации зазоров между стенками скважины и упаковками, т.е, устранение причин возникновения коррозии на поверхности упаковок.

Улучшение условий хранения упаковок с высокоактивными отходами (отсутствие водной среды, ликвидация за-, зоров между стенками скважины и упаковкой, минимальный обьем сухой воздушной среды) приводит к более безопасному и надежному хранению упаковок с отходами в течение длительного времени. Использование предлагаемого изобретения снижает затраты на процесс захоронения высокоактивных отходов по сравнению с известными и упрощает сам процесс захоронения.

Ф о р м у л а и з о б р е т.е н и я

Способ захоронения высокоактивных отходов в скважинах геологических формаций, включающий бурение скважины и размещение в ней упаковок с высокоактивными отходами и герметизации скважины, о т л и ч а ющ И и с я тем, что, с целью повыщения безопасности и надежности захоронения упаковок с отходами путем исключения влияния водновоздушной среды на поверхности упаковок с одновременным упрощением процесса захоронения, скважину перед захоронением в нее упаковок с отходами нагревают до температуры Ти, 200 С с Тне Т и, — температура нагрева скважины, С;

Т в.л - температура разрушения по» роды скважины при нагреве, С, а диаметр скважины и диаметр упаковок с отходами выбирают исходя из соотношения

20 (! + м (т„- т,)) 1003 c & c (i +

Пс

+ ol (7„< - т,)J 1003 — диаметр упаковки с высокоактивными отходами;

- диаметр скважины;

- эффективный коэффициент термического расширения;

- начальная температура в скважине;

- температура хранения упаковок с отходами;

- температура в нагретой скважине.

34496 l0

Продолжение таблицы

5 6

0,16. 200

Скважина сухая. При помещении упаковок поспе остывания отсутствуют зазоры

800

0,52 то ае

0 70

Ф Составитель В.Костерев

Редактор Н. Бокарева Техред M. Иоргентал Корректор А.Обручар

Заказ 2379 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101