СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 1999 года по МПК G21F9/24 

Техническое решение относится к области захоронения радиоактивного вещества, которое образовано либо в результате технологического процесса, либо является отработанным веществом промышленности, когда необходимо исключить на длительное время контакт живых организмов с указанным веществом для избежания экологического воздействия. Известен способ предотвращения воздействия излучения на живые организмы, когда размещают радиоактивное вещество на донной поверхности водоема, а толщину слоя воды выбирают достаточной для обеспечения радиационной безопасности на поверхности воды (1, с. 141),
Недостатками способа можно считать:
- активация водной массы, если присутствует нейтронное излучение и его энергии достаточно для возбуждения ядер, что приведет к распространению активированного вещества по всему объему водной массы;
- невозможность использования для радиоактивного вещества в жидком состоянии, т.к. в этом случае весь водный объем будет радиоактивным;
- при захоронении нейтронного излучателя в герметичной оболочке, например ТВЭЛа, преобразовании гелия или водорода будет повышаться давление внутри оболочки с последующим ее разрывом. Положение усугубляется тепловыделением, что ускоряет разрушение оболочки, а периоды полураспадов тяжелых изотопов достигают многих тысяч лет (11, с. 141).

Любой реактор фактически является также хранилищем на время использования сборки и там присутствуют все вышеперечисленные факторы, которые необходимы для осуществления технологического процесса. Положение усугубляется внешними нагрузками (ветровыми, перепадом температур, знакопеременными нагрузками и другими сложными случаями нагружения.

Целью технического решения является обеспечение защиты от радиоактивного вещества на длительный период времени и исключение воздействий любого типа излучения на живые организмы,
- возможность захоронения вещества в любом виде: жидкое, твердое или изменяющее свое состояние в процессе хранения,
- обеспечение надежного теплоотвода и удаления газа, образованного при ядерном распаде.

Поставленная цель достигается тем, что радиоактивное вещество располагают в многослойной оболочке, которую выполняют в виде стаканов и сопрягают их слои попеременно открытой частью вверх и вниз, при этом между оболочками устанавливают вставки, которые сопрягаются с соседними поверхностями оболочек с одной - подвижно, с другой - неподвижно, причем толщина водного слоя между соседними оболочками обеспечивает радиационную безопасность на внешней стороне слоя воды при распределении всего радиоактивного вещества равномерно по всему внутреннему объему, а на внутренней оболочке устанавливают обратный клапан с выходом вверх в окружающую водную среду, причем, по крайней мере, во внутренней оболочке устанавливают чашеобразные торцевые вставки в местах контакта радиоактивного вещества со стенкой оболочки.

Для пояснения способа покажем конструктивную схему многослойной оболочки. На фиг. 1 представлен случай, когда радиоактивное вещество имеет плотность больше, чем морская вода; на фиг. 2 - плотность вещества меньше плотности воды. В обеих случаях вещество - в жидком виде. Это состояние правомочно, т. к. при длительном хранении любые оболочки будут разрушаться и рассыпаться из-за теплового воздействия и радиационного излучения, если сборка значительна и ее транспортировка потребовала мощной защиты, что способствует повышению качества теплоизоляции.

Многослойная оболочка выполняется из стаканов 1, которые обращены своими открытыми сторонами попеременно в разные стороны, чтобы получить лабиринт для затруднения выхода радиоактивного вещества в открытый водоем 2. Когда радиоактивное вещество 3 имеет плотность больше плотности воды, то внутренний стакан обращен вверх своей открытой частью (фиг. 1), когда плотность радиоактивного вещества меньше плотности воды, то внутренний стакан обращен открытой частью вниз (фиг. 2). Со стороны контакта радиоактивного вещества 3 со стенкой стакана 1 размещен вкладыш 4, который служит для снижения интегральной дозы облучения за счет замещения объема радиоактивного вещества 3 вкладышем 4. Между стаканами 1 расположены вставки 5, которые неподвижно соединены, допустим, с внутренним стаканом 1 и подвижно с внешним стаканом. Это также служит для повышения качества лабиринта. Наружный стакан 1 имеет упоры снизу 6 для образования единой конструктивной сборки, а сверху - проушины 7 для опускания сборки после доставки на место захоронения. Внутренняя полость внутреннего стакана имеет обратный клапан 8 для стравливания газа. Конечно будет иметь место диффузия радиоактивного вещества 3 в водную среду внутри стаканов 1, но выход вещества наружу, если и будет иметь место через много сотен лет, будет очень незначителен, т.к. после растворения (диффузии) во внутреннем стакане 1 раствору нужно преодолеть зазоры между стыками стаканов 9, зазоры 10 и множество. Однако нет сил, которые способствовали бы этому процессу.

Действительно:
1. Давление везде одинаково с наружным.

2. Температура тоже практически одинакова при любой сборке, т.к. водный контакт обеспечивает отвод тепла, а при интенсивном выделении тепловой энергии будет более интенсивно проходить и конвективный теплообмен.

Кроме этого, каждый водный слой между стаканами 1 по своей толщине обеспечивает норму защиты на наружной поверхности водяного слоя при полном растворении радиоактивного вещества по всему внутреннему объему внутренней для данного слоя воды оболочки.

Поэтому, даже при маловероятном случае, когда начнут разрушаться оболочки стаканов 1 концентрация будет резко снижаться из-за защитных свойств каждого водяного слоя, который в кубической зависимости будет добавлять чистую воду.

Конструктивная сборка должна быть установлена на дне морском, с возможностью спуска для замеров и возможности установки внешних аварийных колпаков, течение должно быть минимальным, а заиливание создаст естественную защиту, которая будет дополнительной.

Таким образом, достигаются все поставленные цели, которые были сформулированы выше. Положение может быть улучшено при заполнении внутренних полостей маслами, которые предохранят от разрушения материал стаканов 1.

Литература
1. Действие излучения на материалы и детали. Сб. статей. Вып. 27. - М.: Главное управление по использованию атомной энергии при СМ СССР, 1959.

2. Нормы радиационной безопасности (НРБ-69). - Атомиздат, 1972.

3. Пальмер Реакторы на быстрых нейтронах. Пер. с английского. М.: Госатом.

Изобретение относится к области захоронения радиоактивных веществ. Способ пригоден для использования как для вещества в жидком, так и в твердом состоянии, а также для изменяющего свое состояние при обеспечении хорошего теплоотвода, выведения газа, образовавшегося в результате радиоактивного процесса. Такие качества способ приобрел благодаря тому, что хранение осуществляют в многослойной системе с лабиринтом для выхода вещества, что практически исключает попадание его во внешнюю водную среду. Многослойная оболочка выполнена в виде стаканов, сопряженных попеременно открытой частью вверх и вниз. Между стаканами размещают вставки, которые сопрягают с соседними стаканами подвижно и неподвижно с разных сторон. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ захоронения радиоактивного вещества, включающий размещение его в водной среде под слоем воды, который обеспечивает радиационную безопасность на поверхности воды, отличающийся тем, что радиоактивное вещество располагают в многослойной оболочке, которую выполняют в виде стаканов и сопрягают их попеременно открытой частью вверх и вниз, при этом между стаканами размещают вставки, которые сопрягают с соседними стаканами подвижно и неподвижно с разных сторон, при этом толщина водной среды между оболочками стаканов обеспечивает радиационную безопасность с наружной стороны водного слоя при равномерном распределении радиоактивного вещества по всему внутреннему объему, а внутреннюю полость внутреннего стакана соединяют обратным клапаном в верхней части с пропусканием среды вверх в окружающую водную среду. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере во внутренний стакан устанавливают чашеобразную торцевую вставку в местах контакта радиоактивного вещества со стенками стакана.