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

Техническое решение относится к области захоронения радиоактивных веществ в жидком или твердом состоянии после использования вещества в промышленности для любого типа излучения или комбинации видов излучения.

Известен способ размещения излучателя на дне искусственного водоема, а толщину слоя выполняют такой, чтобы на поверхности обеспечить норму допустимого излучения (I, стр. 141).

Недостатками описанного способа можно считать:
- возможная активация потоком нейтронами взвесей в водной среде с последующим воздействием на живые существа в водной среде со всеми последствиями,
- если радиоактивное вещество находится в жидком состоянии, то весь объем будет опасен для всего живого при любом типе излучения,
- если захоронению подлежит сборка с нейтронным излучением, то оно сопровождается газовыделением в виде гелия, водорода, и при герметичном заключении вещества в емкости произойдет разрыв емкости с выбросом вещества в окружающую среду.

Положение усугубляется при тепловом выделении веществом при недостаточном теплоотводе.

Сочетание излучения, тепловыделения, газовыделения приводит к разрушению практически любого материала, а период полураспада может достигать десятков тысяч лет для тяжелых элементов (II, стр. 141). Аналогичными недостатками обладает любой реактор (исследовательский или энергетический), т.к. все факторы, которые упоминались выше присутствуют при осуществлении технологического процесса. Все используемые материалы в реакторе будут разрушаться от указанных воздействий, к которым присоединяются ветровые нагрузки, пульсирующие нагрузки и т.д.

Целью предложения является устранение указанных недостатков, а именно:
- обеспечение защиты радиоактивного вещества защитным слоем и материалами, которые обеспечат на заданный период безопасность внешней среды от излучения и прямого попадания вещества в окружающую среду,
- возможность заполнения хранилища жидким, твердым и веществом, которое может изменять свое состояние, например, при разрушении сборки.

Поставленная цель достигается тем, что внутреннюю полость емкости заполняют радиоактивным веществом и сообщают ее с внешней средой веществом в жидком виде через трубку, емкость выполняют многослойной и весь объем, включая внутренний заполняют жидкостью, в которую будет опущена емкость, при этом толщину каждого водного слоя выполняют достаточной для обеспечения нормы радиационной безопасности каждым слоем, причем каждая полость снабжена в своей верхней части обратным клапаном с направлением в окружающую среду.

Пояснения к способу:
1. Если подлежит захоронению сборка в твердом состоянии, то она располагается во внутренней полости с зазорами относительно первой оболочки с зазором, который обеспечит норму безопасности после первой оболочки. Удержание сборки может быть осуществлено ограничит упорами. Особое внимание нужно обратить на упоры снизу, чтобы избежать непосредственного контакта материала стенки с радиоактивным веществом. Это может быть подставка на ножках, как табуретка.

2. Более сложный случай, когда вещество находится в жидком состоянии и в этом случае происходит непосредственное воздействие излучения на материал стенки. При любом материале стенка будет разрушаться. Однако при разрушении первой внутренней стенки в сотни раз снизится концентрация радиоактивного вещества, т.к. толщина одного слоя между внутренней и второй стенкой должна обеспечить нормы безопасности, а в общем случае масса воды между слоями подчиняется кубической зависимости (как для шара в общем случае), поэтому масса одной среды возрастет не менее, чем 3³ = 27, т.к. толщина слоя во внутренней полости должна обеспечит безопасность. Второй слой снизит концентрацию 27³ ≅ 20.000 раз. Если слоев таких несколько, то можно добиться сколь угодно малой концентрации. Во всяком случае, никто не мешает добиться любой степени защиты по мере разрушения стенок.

3. Материалы для стенок лучше иметь комбинированные: например полиэтилен и цветной металл. Полиэтилен хорошо держит воздействие морской воды, как и металл цветной. Полиэтилен можно напылить. Вся конструкция несиловая и может быть тонкостенной.

4. Общая конструкция хранилища.

Внутренняя полость снизу или сбоку, но в нижней части имеет вывод в виде трубки с ртутью, которая заполнит нижнюю часть водной среды во внутренней полости. Ртуть предохранит от излучения нижнюю часть, а образовавшаяся амальгама сделает дно и прочным и защищенным. Ртутью заполняют до тех пор (для жидкого состояния вещества) пока через обратный клапан на верхней части внутренней полости не появится вещество. Это означает, что внутренняя полость не имеет воздушной среды. Однако, если воздушная среда будет образовываться в процессе излучения, то она выйдет через обратный клапан.

Поверхность ртути будет находиться в контакте с вешней водной средой и внутренней средой радиоактивного вещества. Может меняться только наружный слой ртути (окисляться, например, т.к. жидкость не может разрушаться, может образовываться пленка). Диффузия исключается из-за большой разности плотности и образования пленки.

Возможно можно найти более эффективный материал вместо ртути, но это потребует специальных поисков.

Каждая полость заполнена также водной средой, которая используется для погружения, и все слои имеют обратные клапана с выходом вверх для возможного стравливания газа или сброса давления от температуры. Таким образом, на донном грунте будем иметь надежную систему с любым радиоактивным веществом в любом виде.

4. Технологически легко выгружать такое устройство, т.к. оно заполнено водной средой, которая по числе слоев воды между оболочками многократно превышает нужную степень защиты. Чтобы устройство не легло набок, желательно иметь широкую подставку под ней.

Сама конструкция обеспечивает хороший теплоотвод, поэтому тепловые процессы не будут влиять на целостность системы. Через несколько сотен лет вся конструкция будет заилена и дальнейшее ее существование будет обеспечено естественным путем. Ртуть уйдет при разрушении полном в грунт, да ее и мало, т.к. гидрозатвор из ртути не требует большого диаметра.

Таким образом, достигаются все выше поставленные цели.

Прилагается чертеж без пояснений для более полного представления способа.

Используемая литература:
1. Действие излучения на материалы и детали, Г.У. по использованию атомной энергии при С.М. СССР, сборник статей, перевод с английского, выпуск 27, Москва, 1959 г.

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

3. Реакторы на быстрых нейтронах, Палмер, Госатомиздат, Москва, 1966 г.

Способ захоронения ядерного вещества позволяет проводить захоронения радиоактивных веществ в любом состоянии: жидком, твердом, а также с возможностью изменения состояния вещества. Емкость для захоронения выполняется многослойной и вся заполняется водной средой, причем каждый слой имеет толщину, обеспечивающую выполнение норм радиационной безопасности. Многослойную емкость с ядерным веществом размещают на дне водоема. Каждую полость соединяют в верхней части обратным клапаном с внешней водной средой. Внутреннюю полость дополнительно соединяют с внешней средой трубкой, размещенной в нижней части полости. Трубку изгибают вверх и заполняют жидкой разделяющей средой, в качестве которой может быть использована ртуть. Технический результат заключается в обеспечении защиты окружающей среды от излучения и заражения радиоактивным веществом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ захоронения ядерного вещества, заключающийся в размещении его на донном грунте водоема, отличающийся тем, что вещество размещают в многослойной емкости, расстояние между слоями заполняют водной средой, толщина слоя которых обеспечивает нормы безопасности каждым из слоев, заполненную внутреннюю полость соединяют с внешней средой трубкой, которую размещают преимущественно в нижней части внутренней полости, изгибают ее вверх и заполняют трубку жидкой разделяющей средой, а каждую полость и внутреннюю полость соединяют в верхней части емкости обратным клапаном с внешней водной средой. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве разделяющей среды используют ртуть.