Способ локализации радиоактивных компонентов, содержащихся в герметичной емкости, и система защитного барьера

Изобретение относится к атомной промышленности и к другим областям, где требуется законсервировать токсичные вещества различного рода, находящиеся в герметичных емкостях, исключить их выход в окружающую среду. Для локализации радиоактивных компонентов устанавливают две технологические металлические емкости на поверхности герметичной емкости. Герметизируют их относительно этой поверхности и в них организуют масляные затворы. Перед заливкой цементного раствора, содержащего компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, через масляный затвор одной из технологических емкостей бурят отверстие в герметичной емкости, производят радиационный контроль, и в этой же емкости устанавливают съемный узел фильтрации, поглощающий газоаэрозольную компоненту радиоактивных веществ, находящихся в герметичной емкости. Затем через масляный затвор второй технологической емкости бурят второе отверстие, через него производят заливку цементного раствора, контролируя заполнение герметичной емкости. После каждого бурения бур сбрасывают в полость. После заполнения герметизируют отверстия шаровыми полуоборотными кранами, производят отстыковку системы заполнения и блока фильтрации, после чего осуществляют герметизацию технологических емкостей. Радиационный контроль производят постоянно на протяжении всего процесса локализации. Съемный узел фильтрации выполнен двухступенчатым, первая ступень - сорбенты для сорбции паров воды и вредных газов, вторая - фильтр из ткани Петрянова. При использовании изобретения повышается безопасность работ с радиоактивными веществами, содержащими газоаэрозольную компоненту, находящимися в герметичном контейнере под повышенным давлением. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и является средством локализации радиоактивных компонентов, содержащих газоаэроозольную фракцию в герметичных емкостях.

Изобретение может быть использовано в атомной промышленности и других областях, где требуется законсервировать токсичные вещества различного рода, находящиеся в герметичных емкостях, исключить их выход в окружающую среду на длительное время хранения.

Известен способ изоляции твердых радиоактивных отходов от окружающей среды. (Пат. РФ №2153720 от 26.03.199, опубл. 27.07.2000). Способ включает создание подземной железобетонной емкости, разделенной железобетонными перегородками на секции, установку в секциях перфорированных труб высотой, больше чем высота секций, создание в железобетонных плитах перекрытий отверстий для перфорированных труб и расположенных вдоль продольных осей железобетонных плит перекрытия конически сужающихся сверху вниз отверстий, заполнение их термопластичным материалом, заполнение секций емкости твердыми радиоактивными отходами, заливку их смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, омоноличивание отходов путем выдержки цементного раствора до образования цементного камня, закрытие секций железобетонной емкости железобетонными плитами, бурение через термопластический материал отверстий, установку в скважине технологических труб, нагрев термопластического материала для герметизации мест стыковки, закачку по технологическим трубам цементного раствора, удаление технологических труб, герметизацию железобетонных плит, отбор проб через перфорированные трубы из емкости.

Недостатками известного способа являются:

- повышенная опасность для окружающей среды при реализации способа для локализации радиоактивных материалов (р/м), находящихся в герметичных емкостях и имеющих в своем составе газоаэроозольную компоненту или способных к активному образованию аэрозолей при контакте с атмосферным воздухом;

- отсутствие системы фильтрации газов, вытесняемых из полостей при заливке бетонной смеси, и оперативного контроля поступающего в окружающую среду вытесняемого газа;

- возможный выход токсичных газов в окружающую среду, т.к. при бурении через термопластический материал не обеспечивается необходимая степень герметизации места контакта бура и термопластического материала;

- извлечение из скважин на поверхность технологических труб, используемых для заполнения емкости бетонной смесью.

Известен способ создания радиационной защиты вокруг радиоактивного компонента, защитный экран от излучения из ячеистого цементного раствора. (Пат. США №6046377 от 06.10.1998 г., МПК G21F 9/00).

Способ, в основном, включает в себя подготовку контейнера, в котором размещен радиоактивный компонент, приготовление ячеистого цементного раствора, который имеет в своем составе цементный раствор, готовый вспененный материал, бентонитовый гель и материал, поглощающий ионизирующее излучение, закачку ячеистого цементного раствора в контейнер. Приготовление цементного раствора идет в процессе локализации радиоактивного компонента, раствор подается в насос и нагнетается под давлением через впрыскивающий шланг, который соединен с устройством накачки, которое сообщается с внутренней частью защитной оболочки, сооруженной вокруг защитной камеры с радиоактивным компонентом. Защитная оболочка выполнена из достаточно легкого стального листа, что позволяет создать оболочку более быстрым и экономичным способом.

Задачей вышеупомянутого способа является обеспечение экранирования «горячих» компонент в камерах реактора путем возведения защитной оболочки из достаточно легкого стального листа, что позволяет создать оболочку более быстрым и экономичным способом, заполнения ее жидкотекучим раствором, поглощающим ионизирующее излучение.

Недостатком данного способа и устройства является неспособность обеспечить радиационную безопасность при локализации радиоактивных компонентов, содержащих газоаэроозольную фракцию, находящихся под повышенным давлением в герметичных емкостях. Метод является узкопрофильным и не может быть распространен на локализацию токсичных компонентов различного профиля в других областях промышленности.

Задачей настоящего изобретения является создание универсального способа и устройства повышенной безопасности для локализации (захоронения) высокоактивных р/м, имеющих в своем составе газоаэроозольную компоненту, или способных к активному образованию аэрозолей при контакте с атмосферным воздухом, находящихся в герметичной емкости под повышенным давлением.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение безопасности работ с радиоактивными веществами при их локализации путем уменьшения выхода в окружающую среду опасных и токсичных компонентов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе локализации радиоактивных компонентов, содержащихся в герметичной емкости, включающем подготовку емкости, приготовление жидкого цементного раствора, содержащего компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, заливку цементного раствора в емкость, подготовка емкости заключается в том, что на ее верхней поверхности устанавливают две технологические металлические емкости, герметизируют их относительно этой поверхности, в них организуют масляные затворы, перед заливкой цементного раствора, содержащего компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, через масляный затвор одной из технологических емкостей бурят отверстие в герметичной емкости, производят радиационный контроль, в этой же технологической емкости устанавливают съемный узел фильтрации, поглощающий газоаэроозольную компоненту радиоактивных веществ, находящихся в герметичной емкости под давлением, затем через масляный затвор другой технологической емкости бурят второе отверстие в герметичной емкости, производят заливку цементного раствора, контролируя заполнение полости герметичной емкости через первое отверстие, после каждого бурения бур сбрасывают в полость, после заполнения герметизируют отверстия, производят отстыковку системы заполнения и блока фильтрации, после чего осуществляют герметизацию технологических емкостей, при этом радиационный контроль производят постоянно на протяжении всего процесса локализации.

Технический результат достигается тем, что в системе защитного барьера, локализующего радиоактивные компоненты, содержащем герметичный контейнер, систему заполнения контейнера жидкотекучим цементом, содержащим компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, на верхней поверхности контейнера герметично установлены две технологические металлические емкости, в них организованы масляные затворы, через которые бурят отверстия в контейнере, установлены шаровые краны для перекрытия отверстий после бурения и заполнения контейнера цементным раствором, в одной из технологических металлических емкостей установлен съемный узел фильтрации, при этом система снабжена аппаратурой радиационного контроля.

Узел фильтрации может представлять собой двухступенчатый фильтр, первая ступень которого - сорбенты для сорбции паров воды и вредных газов, вторая ступень - фильтр из ткани Петрянова. Шаровые краны могут быть выполнены полуоборотными.

Установка двух технологических металлических емкостей с масляными затворами и шаровыми кранами способствует повышению безопасности при работе с герметичным контейнером, в котором под давлением находятся высокоактивные радиоактивные материалы, имеющие в своем составе газоаэроозольную компоненту. Для локализации р/м бурение ведут через масляные затворы, выходящие из контейнера газы барботируют в масле, а прорвавшиеся оседают на фильтре, который установлен в одной из технологических емкостей.

Непрерывный контроль загрязнения второй ступени блока фильтрации и радиационный контроль выбрасываемого в окружающую среду очищенного газа позволяет контролировать проскок радиоактивных аэрозолей и при снижении эффективности фильтрации производится замена фильтров. Таким образом, повышается безопасность работ с радиационноопасным объектом и снижается риск загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами.

Сбрасывание буров после бурения в полость контейнера также способствует уменьшению опасности поступления радиоактивных веществ в окружающую среду и облучения персонала при выполнении работ. В момент сбрасывания бура в полость контейнера происходит перекрытие технологической емкости при помощи шарового крана и проводится дополнительная проверка надежности герметизации отверстия, о степени которой судят по поведению слоя масла, налитого сверху на полусферу шарового крана.

Шаровые краны, установленные в технологических емкостях, после заливки контейнера жидким цементным раствором надежно герметизируют отверстия, через которые проводились технологические операции, описанные выше.

Выполнение шаровых кранов полуоборотными ускоряет процесс герметизации и, тем самым, способствует минимизации времени выхода вредных продуктов.

Цементный раствор, содержащий компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, готовят достаточно жидким для того, чтобы обеспечить равномерное растекание по внутреннему объему полости и предотвратить преждевременное (до заполнения всей емкости) омоноличивание.

После заполнения емкости, при непрерывном контроле за заполнением полости, очистке вытесняемого газа блоком фильтрации и радиационном контроле выбрасываемого в окружающую среду очищенного газа, производится выдержка цементного раствора до образования цементного камня, проводится дополнительная герметизация технологических емкостей и т.о. достигается надежная локализация содержимого контейнера.

Применение двухступенчатого фильтра повышает надежность и безопасность при работе с рассматриваемыми объектами. Первая ступень, представляющая собой цеолитовые сорбенты, служит для поглощения токсичных газов и влаги из вытесняемой газовой среды, а вторая ступень, выполненная из ткани Петрянова, предназначена для осаждения на фильтр радиоактивных аэрозолей.

Т.о., задача и технический результат, заключающийся в повышении безопасности проводимых работ и безопасности окружающей среды, подтверждены совокупностью заявляемых признаков способа локализации (захоронения) высокоактивных р/м, имеющих в своем составе газоаэрозольную компоненту, или способных к активному образованию аэрозолей при контакте с атмосферным воздухом, находящихся в герметичной емкости под повышенным давлением, и системы защитного барьера.

На фиг. показан общий вид системы защитного барьера, который реализует способ локализации, где:

1 - контейнер (герметичная металлическая емкость) с радиоактивными компонентами внутри;

2, 3 - технологические металлические емкости;

4, 5 - полуоборотные шаровые краны;

6 - узел фильтрации.

Оборудование для бурения, заливки цементной смеси и аппаратура радиационного контроля не показаны.

Реализуется заявляемый способ следующим образом. На контейнер (герметичную металлическую емкость), на его внешнюю поверхность устанавливают две технологические металлические емкости (2, 3), герметизируют их относительно этой поверхности. В них заливают густое техническое масло повышенной вязкости. Затем через технологическую емкость (2), залитую маслом, бурят отверстие в герметичном контейнере (1), после чего сбрасывают бур в полость контейнера и перекрывают шаровой кран. На технологическую емкость герметично устанавливают съемный узел (блок) фильтрации (6), открывают шаровой кран и при постоянном радиационном контроле производят стравливание избыточного давления через блок фильтрации. Затем через масляный затвор во второй технологической емкости (3) бурят второе отверстие для заливки цементной смеси, сбрасывают бур в полость контейнера, перекрывают шаровой кран во второй технологической емкости и герметично подстыковывают к ней узел заливки цементной смеси. Открывают шаровой кран во второй технологической емкости и производят заливку жидкой цементной смеси, содержащей компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, при этом непрерывно производят контроль загрязнения второй ступени блока фильтрации и радиационный контроль выбрасываемого в окружающую среду очищенного газа. После заполнения контейнера (1) раствором цементной смеси отстыковывают узел заливки цементной смеси и блок фильтрации (6) и герметизируют технологические емкости.

Заявляемый способ локализации и система защитного барьера надежно локализуют радиоактивные вещества, находящиеся в контейнере и позволяют значительно снизить их потенциальную опасность для персонала и окружающей среды. Это подтверждено результатами радиационного контроля во время проведения работ и по их завершении.

Заявляемые способ и система универсальны, т.к. могут быть использованы:

для безопасной перевозки р/м, имеющих в своем составе газоаэроозольную компоненту, к местам их захоронения;

для повышения степени безопасности контейнеров (емкостей) с высокоактивными р/м, находящихся непосредственно в хранилище;

для локализации р/м в полостях боксов и других технологических емкостей при выводе их из эксплуатации;

для консервации расположенных под землей емкостей, в которых проводились эксперименты с использованием р/м.

1. Способ локализации радиоактивных компонентов, содержащихся в герметичной емкости, включающий подготовку емкости, приготовление жидкого цементного раствора, содержащего компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, заливку цементного раствора в емкость, отличающийся тем, что подготовка герметичной емкости заключается в том, что на ее верхней поверхности устанавливают две технологические металлические емкости, герметизируют их относительно этой поверхности, в них организуют масляные затворы, перед заливкой цементного раствора, содержащего компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, через масляный затвор одной из технологических емкостей бурят отверстие в герметичной емкости, производят радиационный контроль, в этой же технологической емкости устанавливают съемный узел фильтрации, поглощающий газоаэрозольную компоненту радиоактивных веществ, находящихся в герметичной емкости под давлением, затем через масляный затвор другой технологической металлической емкости бурят второе отверстие в герметичной емкости и производят заливку цементного раствора, контролируя заполнение емкости через первое отверстие, после каждого бурения бур сбрасывают в полость емкости, после заполнения герметизируют отверстия, производят отстыковку системы заполнения и блока фильтрации, после чего осуществляют герметизацию технологических емкостей, при этом радиационный контроль производят постоянно на протяжении всего процесса локализации.

2. Ситема защитного барьера, локализующая радиоактивные компоненты, содержащиеся в герметичном контейнере, включающая систему заполнения контейнера жидкотекучим цементным раствором, содержащим компоненты, поглощающие ионизирующее излучение, отличающаяся тем, что на верхней поверхности контейнера герметично установлены две технологические металлические емкости, в них организованы масляные затворы, через которые бурят отверстия в контейнере, и установлены шаровые краны для перекрытия отверстий после бурения и заполнения контейнера цементным раствором, в одной из технологических емкостей установлен съемный узел фильтрации, при этом система снабжена аппаратурой радиационного контроля.

3. Система защитного барьера по п.2, отличающаяся тем, что съемный узел фильтрации выполнен двухступенчатым, первая ступень - сорбенты для сорбции паров воды и вредных газов, вторая ступень - фильтр из ткани Петрянова.

4. Система защитного барьера по п.2, отличающаяся тем, что шаровые краны выполнены полуоборотными.