Способ подземной изоляции радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к области подземной изоляции отвержденных радиоактивных отходов, содержащих долгоживущие радионуклиды. Способ включает в себя размещение радиоактивных отходов в подземных выработках, пройденных в геологических формациях. В районе, выбранном для подземной изоляции радиоактивных отходов, проводят исследование геологических формаций с количественной оценкой параметров физических процессов в породном массиве. Затем определяют риск выхода радионуклидов из подземного сооружения из выражения где r - риск выхода радионуклидов из подземной выработки, 1/год; V_p - скорость подземных вод, соответствующая наиболее вероятному значению, м/год; L - радиус предполагаемого стабильного непроницаемого геологического блока, м; R - фактор задержания радионуклида на плоскостях трещин в породном массиве, ер; а - константа Вейбулла. Подземную выработку для размещения радиоактивных отходов проходят в той зоне породного массива, в которой r ≅ 10⁶. Технический результат заключается в повышении надежности захоронения радиоактивных отходов. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области подземной изоляции радиоактивных отходов (РАО) атомных электростанций и других отраслей атомной промышленности, преимущественно отвержденных и содержащих долгоживущие радионуклиды, в геологических формациях земной коры, в частности в подземных горных выработках.

Известен способ захоронения РАО, включающий бурение скважины, размещение в ней контейнеров с РАО, оставление над ними барьерного целика, заполнение свободного объема скважины тампонажным материалом, герметизацию устья скважины, при этом контейнеры с РАО и барьерный целик размещают в зоне пластических деформаций окружающих пород, а в качестве тампонажного материала используют расширяющуюся при затвердевании смесь (см. патент РФ N 2063077).

В известном способе сохраняется возможность проникновения подземных вод к контейнерам с РАО и дальнейшего распространения жидкости, загрязненной радионуклидами, в окружающую среду, что существенно снижает надежность захоронения РАО указанным способом.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является способ захоронения РАО, заключенных в контейнеры, включающий размещение их в штольне, выполненной в горном массиве, при этом контейнеры размещают в траншее, пройденной в почве выработки, закрываемой сверху плитами (см. патент СССР N 803874, G 21 F 9/24).

Основным недостатком указанного способа является недостаточная надежность захоронения РАО из-за того, что зона геологической формации для захоронения РАО выбирается без количественного учета природных особенностей структуры породного массива, которые могут привести к нарушению целостности породного массива, а соответственно и целостности хранилища РАО, в результате природных или техногенных аварийных воздействий.

Задачей настоящего изобретения является создание способа подземной изоляции радиоактивных отходов, обеспечивающего высокую степень надежности даже в условиях аварийных природных или техногенных воздействий.

Задача решена путем создания способа подземной изоляции РАО, включающего в себя размещение радиоактивных отходов в подземных сооружениях (скважинах или выработках), пройденных в геологических формациях, отличием которого, согласно изобретению, является то, что в выбранном для подземной изоляции радиоактивных отходов районе проводят исследование геологических формаций с количественной оценкой параметров физических процессов в породном массиве и определяют риск выхода радионуклидов из подземной выработки из выражения: , где r - риск выхода радионуклидов из подземной выработки, 1/год; V_р - скорость подземных вод, соответствующая наиболее вероятному значению, м/год; L - радиус предполагаемого стабильного непроницаемого геологического блока, м; R - фактор задержания радионуклида на плоскостях трещин в породном массиве, e_ρ, а - константа Вейбулла, а подземную выработку для размещения радиоактивных отходов проходят в зоне породного массива, в которой r≅10^-6.

Отличительные признаки изобретения впервые в практике подземной изоляции радиоактивных отходов обеспечивают количественную оценку пригодности выбранного участка породного массива для подземной изоляции РАО с точки зрения надежности с учетом особенностей структуры породного массива и общих рисков от природных и техногенных аварийных воздействий, что в свою очередь обеспечивает практически абсолютную надежность подземной изоляции РАО.

Целесообразно в зонах породного массива, в которых r≅10^-6, радиоактивные отходы размещать для длительного хранения.

При данных значениях r стабильность изоляционных свойств породного массива определяется происходящими в нем физическими процессами и обеспечивается на период хранения РАО.

Целесообразно в зонах породного массива, в которых г<<10, осуществлять захоронение радиоактивных отходов.

При данных значениях r стабильность изоляционных свойств породного массива с учетом того, что все возможные аварийные ситуации произойдут, обеспечивается на период, пока РАО сохраняют свою радиоактивность.

Если r>10^-6, породный массив опасно использовать для подземной изоляции радиоактивных отходов.

Подземную изоляцию радиоактивных отходов по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

Выбирают район для подземной изоляции радиоактивных отходов, обычно в регионе со стабильными, слабопроницаемыми геологическими формациями. В выбранном районе проводят детальное исследование геологических структур, для этого известными методами (геофизическими, геодезическими и др.) определяют расположение и ранжирование разломов, степень трещиноватости и дефектности породного массива, флюидонасыщенности горных пород, измеряют параметры геомеханических, гидрогеологических и геохимических процессов в породном массиве, определяющих безопасность изоляции радиоактивных отходов.

По результатам исследований определяют зону породного массива, наиболее приемлемую для подземной изоляции радиоактивных отходов. Для этого составляется перечень возможных природных и техногенных аварийных ситуаций и их последовательностей. Под аварийными ситуациями понимаются природные или техногенные события, приводящие к разгерметизации хранилища радиоактивных отходов, попаданию подземных вод к радиоактивным отходам - землетрясения, геодинамические сдвиги, локальные обрушения подземных выработок, разгерметизация скважин и т.д.

Затем определяется вероятность возникновения и риск выхода радионуклидов из подземной выработки по каждой аварийной ситуации.

Вероятность возникновения аварийной ситуации или события, приводящего к разгерметизации хранилища, определяется по формуле:

где T - время хранения радиоактивных отходов (для подземных хранилищ) или время, в течение которого захораниваемые радионуклиды сохраняют активность (для могильников), лет;
t - период повторяемости критических значений физических процессов, лет.

При этом t определяется из исторических данных, натурных условий, математического моделирования и предельных параметров пород исследуемого массива.

Риск выхода радионуклидов из подземной выработки, в которой они размещены, определяют по формуле:

где г - риск выхода радионуклидов из подземной выработки, 1/год;
V_р - скорость подземных вод, соответствующая наиболее вероятному значению, м/год;
L - радиус предполагаемого стабильного непроницаемого геологического блока, м;
R - фактор задержания радионуклида на плоскостях трещин в породном массиве, e_ρ,
а - константа Вейбулла.

При этом скорость подземных вод V определяется экспериментальным путем в натурных условиях, размер предполагаемого блока L определяется при бурении скважин, фактор задержания радионуклидов на плоскостях трещин в породном массиве R определяется экспериментальным путем в наиболее проницаемых участках массива пород.

Исходя из допустимого значения риска Е = 10^-6 1/год, подземную выработку для размещения радиоактивных отходов проходят известными методами с помощью известных технологий в зоне породного массива, в которой r≅10^-6, и размещают в ней радиоактивные отходы, например, в контейнерах.

При этом зоны породного массива, в которых r≅10^-6, пригодны для длительного хранения радиоактивных отходов. А в зонах, в которых r<<10, целесообразно производить захоронение радиоактивных отходов, т.е. сооружать могильники.

Формула изобретения

1. Способ подземной изоляции радиоактивных отходов, включающий размещение радиоактивных отходов в подземных выработках, пройденных в геологических формациях, отличающийся тем, что в выбранном для подземной изоляции радиоактивных отходов районе проводят исследование геологических формаций с количественной оценкой параметров физических процессов в породном массиве, определяют риск выхода радионуклидов из подземной выработки из выражения

где r - риск выхода радионуклидов из подземной выработки, 1/год;
V_p - скорость подземных вод, соответствующая наиболее вероятному значению, м/год;
L - радиус предполагаемого стабильного непроницаемого геологического блока, м;
R - фактор задержания радионуклида на плоскостях трещин в породном массиве, ер;
а - константа Вейбулла,
а поземную выработку для размещения радиоактивных отходов проходят в зоне породного массива, в которой r ≅ 10^-6.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в выработках, пройденных в зонах породного массива, в которых r ≅ 10^-6, радиоактивные отходы размещают для длительного хранения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в выработках, пройденных в хонах породного массива, в которых r << 10^-6, осуществляют захоронение радиоактивных отходов.