СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ХРАНЕНИЮ ШТУЧНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 1995 года по МПК G21F9/28 

Описание патента на изобретение RU2031461C1

Способ относится к области охраны окружающей среды от загрязнения ее продуктами радиоактивного распада и преимущественно предназначен для подготовки радиоактивных отходов высокого уровня активности - отработанного ядерного топлива (твэлов) к длительному хранению.

В принципе способы хранения указанных объектов - известны. Сущность их заключается в том, что отработанное ядерное топливо (твэлы) размещают в стальных контейнерах, которые складируют в хранилищах "сухого" или "влажного" типа. Общим недостатком этих способов является возможность загрязнения окружающей среды продуктами радиоактивного распада, в связи с чем и предпринимаются различные меры для предотвращения или снижения этого явления. Например, известен способ хранения твэлов в инертной атмосфере. Сущность этого способа заключается в том, что твэлы, извлеченные из сборки, закрепляют на металлической ленте, ленту скатывают в рулон, а рулон вставляют в контейнер с трехслойным корпусом (нержавеющая сталь, нейтронопоглощающая резина, углеродистая сталь) и отправляют на хранение в хранилище, заполнив его перед этим инертным газом [1].

Использование трехслойного корпуса контейнера хотя и повышает радиационную безопасность хранения твэлов в течение длительного времени, но не исключает возможности разгерметизации контейнера, деструкции нейтронопоглощающей резины под воздействием температурных и радиационных факторов и времени, что приводит к возможности загрязнения окружающей среды продуктами радиоактивного распада и снижению радиационной безопасности хранения. Серьезным недостатком также являются конструкционные и технологические сложности при изготовлении контейнера и сборке твэлов в контейнер.

Известен другой способ хранения твэлов, заключающийся в помещении твэлов в контейнер и заливке их жидким горячим битумом, который, охлаждаясь, герметизирует твэлы в контейнере и контейнер в целом. Герметизация позволяет снизить выход продуктов деления за пределы контейнера, но низкая температура плавления матричного материала (битума), его деструкция под воздействием радиационных и температурных полей в процессе хранения не исключают возможности разрушения матричного слоя и самого контейнера (например, вследствие возгорания битума) и, следовательно, не исключается возможность загрязнения среды продуктами радиоактивного распада [2].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ включения радиоактивных отходов высокого уровня активности (отработанных источников ионизирующего излучения) в металлические матрицы. Сущность этого способа заключается в том, что отработанные источники ионизирующего излучения (по своему радионуклидному составу и радиационным полям они сопоставимы с отработанным ядерным топливом) размещают в хранилищах "колодезного" типа и заливают расплавом матричного материала на основе свинца и его сплавов. Хранилище "колодезного" типа в этом случае выполняет функцию контейнера, оно заполняется источниками порциями с последующей порционной заливкой расплавом металла и так до полного заполнения его объема [3].

Недостатком данного способа является возникновение неравномерных радиационных и температурных полей вследствие как неупорядоченного расположения источников в контейнере, так и "тепловых" ударов при порционной загрузке колодца, приводящих к растрескиванию матричного материала и, следовательно, снижению радиационной безопасности и возможности загрязнения окружающей среды радионуклидами в процессе загрузки и хранении источников.

Способом по из обретению достигается повышение радиационной безопасности при хранении твэлов с одновременным снижением возможности загрязнения окружающей среды продуктами деления.

Достижение указанного технического эффекта обеспечивается тем, что по способу подготовки к хранению радиоактивных отходов высокого уровня активности, например твэлов, заключающемуся в помещении твэлов в контейнер и заливке их расплавом матричного материала, твэлы располагают в контейнере в фиксированно-упорядоченном порядке и заливают расплавом матричного материала с присадкой кадмия в количестве 1-5% от количества матричного материала, причем перед заливкой расплава контейнер после помещения или в процессе помещения в него твэлов подогревают од температуры на 10-50оС выше температуры плавления матричного материала. В качестве матричного материала используют расплав на основе свинца или его сплавов, а фиксированно-упорядоченное расположение твэлов, вынутых из кассет, в контейнере обеспечивается использованием контейнера с углублениями в толще дна или путем установки в него вкладыша из материала с отверстиями или углублениями. Способ может быть осуществлен на пунктах захоронения радиоактивных отходов.

Заливка расположенных в упорядоченно-фиксированном порядке твэлов в контейнере расплавом матричного материала с присадкой кадмия и подогрев контейнера с ними перед заливкой расплавом до температуры, превышающей температуру плавления матричного материала, позволяют заполнить все свободные пространства между твэлами, твэлами и стенками контейнера и тем самым после кристаллизации расплава получить конечный продукт в виде металлического моноблока с равномерно распределенными радиационными и температурными полями. При этом твэлы как бы расположены внутри металлического стакана.

Использование в расплаве присадки кадмия в количестве 1-5% от количества матричного материала обусловлено тем, что, как следует из экспериментов, при минимальном (<1%) количестве кадмия в расплаве наблюдается относительно большой выход нейтронов за пределы контейнера в процессе хранения. При использовании максимального количества присадки (>5%) в расплаве матричного материала снижается температура его плавления, что может привести к плавлению матрицы за счет радиационно-индуцированного разогрева и тем самым к возможности загрязнения радионуклидами окружающей среды.

Осуществление способа по изобретению иллюстрируется примером подготовки к хранению твэлов с размерами ⊘13,6х0,9х3644 мм и мощностью дозы на боковой поверхности ≈102 мР/ч.

В вертикально расположенный контейнер с размерами ⊘98х5х3800 мм для твэлов, вынутых из кассет, сначала укладывают пластину-вкладыш с отверстиями диаметром, на 1-2% превышающим размеры диаметра твэлов, а затем устанавливают в эти отверстия твэлы. Если в контейнере размещается кассета с твэлами, то необходимость в пластине-вкладыше отпадает. При указанных размерах контейнера и твэлов в контейнер поместилось 18 твэлов. Одновременно с установкой твэлов осуществляется подогрев контейнера до температуры, превышающей на 10-50оС температуру плавления (Тпл) матричного материала. Так как в качестве матричного материала использовался расплав на основе свинца, то подогрев контейнера осуществляется до температуры 340-380оС. Для полного заполнения контейнера с твэлами потребовалось 140-150 кг расплава из свинца и кадмия (150 кг свинца, 3-8 кг кадмия). Заливку расплава осуществляли непрерывно до полного заполнения объема контейнера. Так как заливку расплава осуществляли в подогретый выше температуры плавления свинца контейнер, то расплав свободно распределялся между твэлами, твэлами, дном и стенками контейнера. После кристаллизации расплава каждый твэл оказывается изолированным от корпусов других твэлов и стенок контейнера, т.е. оказывается в герметичном объеме. Кроме того, образовался дополнительный барьер из свинца между твэлами и стенками и дном контейнера, исключая тем самым возможность непосредственного контактирования твэла с корпусом контейнера. В целом после кристаллизации расплава матричного материала с кадмием контейнер с твэлами получился в виде цельного металлического моноблока, который и отправляется в хранилище на длительное хранение.

В таблице приведены экспериментальные данные, полученные при использовании для заливки расплава свинца с различным содержанием кадмия.

Анализ результатов показывает, что использование кадмия в качестве присадки к расплаву на основе свинца снижает относительный выход нейтронов за пределы контейнера в процессе хранения.

Ограничением по количеству используемого кадмия является снижение Тпл получаемого сплава. Добавка 10 кг кадмия приводит к получению сплава с Тпл, равной ≈285оС, дальнейшее увеличение количества кадмия ведет к снижению удельно захораниваемой активности или возможности плавления сплава за счет радиационно-индуцированного разогрева, что приводит к выходу радионуклидов на поверхность расплава с последующей миграцией в окружающую среду.

Аналогично могут быть подготовлены к хранению отработанные источники ионизирующего излучения. Из выпускаемых промышленностью СССР нейтронных источников описанным способом может быть захоронен тип источника ИБН-8 (238Рu+Be(α ,n) c Т1/2,сут=3,2 x 104 и активностью 1,2 ТБк).

Технико-экономическая эффективность заявляемого способа заключается в том, что способ позволяет повысить безопасность хранения твэлов за счет герметизации корпуса каждого твэла, включения их в металлический моноблок, что также снижает радиационные поля за пределами контейнера и повышает тепло-физические, физико-химические, коррозионные параметры получаемого металлоблока. Аналогично могут быть обработаны и другие высокоактивные отходы.

Похожие патенты RU2031461C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ 1991
  • Арустамов А.Э.
  • Ожован М.И.
  • Ширяев В.В.
RU2022378C1
Способ захоронения твердых высокоактивных отходов в геологических формациях 1990
  • Арустамов А.Э.
  • Ожован М.И.
  • Ширяев В.В.
SU1718671A1
СПОСОБ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2004
  • Карлина Ольга Константиновна
  • Николаев Олег Александрович
  • Семёнов Валерий Евгеньевич
  • Чемерис Владимир Александрович
  • Дмитриев Сергей Александрович
  • Ожован Михаил Иванович
RU2273069C2
СПОСОБ ИММОБИЛИЗАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТРИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ 1991
  • Ожован М.И.
  • Ожован Н.В.
  • Семенов К.Н.
RU2008733C1
Способ захоронения высокоактивных отходов 1990
  • Ожован М.И.
  • Ожован Н.В.
SU1734496A1
СПОСОБ ОТВЕРЖДЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1995
  • Ожован М.И.
  • Карлина О.К.
  • Варлакова Г.А.
RU2079911C1
СПОСОБ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 2013
  • Тошинский Георгий Ильич
RU2550092C2
СПОСОБ ОСТЕКЛОВЫВАНИЯ СУЛЬФАТСОДЕРЖАЩИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ 1993
  • Карлина О.К.
  • Ильина Н.В.
  • Овчинников А.В.
  • Ожован М.И.
RU2065215C1
СПОСОБ УПАКОВКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 1996
  • Иолтуховский А.Г.
  • Велюханов В.П.
  • Андрианов А.Н.
  • Поляков А.С.
  • Тебус В.Н.
  • Брагин Г.П.
  • Форстман В.А.
RU2109355C1
СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ 1995
  • Карлина О.К.
  • Овчинников А.В.
  • Ожован М.И.
  • Петров Г.А.
  • Петров А.Г.
  • Соболев И.А.
  • Баринов А.С.
RU2086022C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 031 461 C1

Реферат патента 1995 года СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ХРАНЕНИЮ ШТУЧНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Использование: в ядерной энергетике. Сущность изобретения: радиоактивные отходы размещают в контейнере для хранения, заливают расплавом матричного материала, в котором содержится 1 - 5 мас.% кадмия, перед заливкой подогревают контейнер на 10 - 50°С выше температуры плавления матричного материала. Подогрев контейнера осуществляют одновременно с размещением отходов или после размещения. Для размещения отходов используют контейнер с углублениями в толще дна или вкладышем с отверстиями или углублениями. Используют матричный материал на основе свинца или его сплавов. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Формула изобретения RU 2 031 461 C1

1. СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ХРАНЕНИЮ ШТУЧНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ, включающий размещение отходов в контейнере для хранения и заливку их расплавом матричного материала, отличающийся тем, что в матричный материал вводят кадмий в количестве 1-5 мас.%, осуществляют подогрев контейнера до температуры на 10-50oС превышающей температуру плавления матричного материала, после чего проводят заливку расплавом матричного материала. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подогрев контейнера осуществляют одновременно с размещением или после размещения в нем радиоактивных отходов. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что для размещения отходов используют контейнер с углублениями в толще дна или с вкладышем с отверстиями или углублениями. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что используют матричный материал на основе свинца или его сплавов.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2031461C1

Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. 1921
  • Богач Б.И.
SU3A1
Способ захоронения отработавших высокоактивных источников ионизирующего излучения 1984
  • Баринов А.С.
  • Ожован М.И.
  • Полуэктов П.П.
  • Поляков А.С.
  • Соболев И.А.
  • Тимофеев Е.М.
  • Третьяк С.А.
  • Хомчик Л.М.
  • Ширяев В.В.
SU1184382A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 031 461 C1

Авторы

Арустамов А.Э.

Ожован М.И.

Ширяев В.В.

Даты

1995-03-20Публикация

1992-05-13Подача