СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ОПАСНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2000 года по МПК G21F5/08 G21F9/24 

Изобретение относится к способу и устройству для хранения опасных отходов, в частности радиоактивных отходов, таких как, например, использованные стержни ядерного топлива и тому подобное, которые может потребоваться хранить безопасным способом в течение длительного времени, такого как десятилетия или даже века.

Хранение в соответствии с изобретением может быть организовано как при так называемом окончательном хранении, так и при временном хранении, то есть в тех случаях, когда может оказаться желательным подвергнуть отходы обработке или переработке после того, как они хранились в течение короткого или длительного времени.

В публикации WO 91/05351 описана система, предназначенная для хранения в море вдали от берегов указанных выше веществ. Эта система включает первичные модули хранения в виде цилиндрических бетонных тел, имеющих центральную полость, предназначенную для размещения отходов, и вторичный модуль хранения в виде существенно большей по размерам бетонной структуры, приспособленной к погружению в месте захоронения на морском дне и к приему в погруженном положении большого количества первичных модулей хранения. Как первичные модули хранения, так и вторичные модули хранения имеют отсеки для обеспечения плавучести и приема балласта, которые могут быть заполнены водой или осушены так, что модули можно перемещать по поверхности воды к месту хранения, где они могут быть погружены или снова подняты на поверхность.

Модули хранения, связанные с настоящим изобретением, в некоторых отношениях имеют сходство с предшествующей системой, например, первичный модуль хранения является бетонным телом, имеющим центральную полость для отходов и каналы для протекания охладителя, расположенные около центральной полости. Поэтому настоящее изобретение можно рассматривать как основанное на предыдущем способе, описанном в вышеупомянутой публикации.

Изобретение будет описано более подробно ниже со ссылками на сопровождающие схематические чертежи, которые показывают один из возможных вариантов реализации первичного модуля хранения и вторичного модуля хранения.

Фиг.1 изображает продольный (осевой) разрез первичного модуля хранения;
фиг. 2 - поперечное сечение первичного модуля хранения по линии II-II на фиг. 1;
фиг. 3 - продольный (осевой) разрез вторичного модуля хранения;
фиг. 4 - поперечное сечение вторичного модуля хранения по линии II-II на фиг.1.

Как показано на фиг. 1, первичный модуль хранения 10 состоит из по существу цилиндрического (или слегка конического) армированного сталью бетонного тела 11, контейнерной сборки 12, целиком заключенной в бетонном теле и состоящей из цилиндрического трубчатого сосуда 13, концентрированного бетонному телу, и системы 14 труб, которая связана с внутренним пространством сосуда. Контейнерная сборка 12 выполнена из коррозионно стойкого материала, предпочтительно, из нержавеющей стали или меди.

Первичный модуль хранения 10 содержит внутри сосуда 13 цилиндрический металлический контейнер A, содержащий опасное вещество, предназначенное для хранения, такое, как использованные топливные ядерные стержни. Поддерживающие и фиксирующие элементы (не показаны) удерживают этот контейнер в центрированном положении по отношению к сосуду 13 так, что образуется круговой зазор B между контейнером и внутренней стенкой сосуда. Пространство внутри сосуда, не занятое контейнером A, а также система 14 труб заполнены жидким охладителем, конвективные потоки которого могут циркулировать внутри сосуда вокруг контейнера A по системе 14 труб.

Контейнерная сборка 12 герметично закупорена и полностью заключена в бетон, из которого изготовлено неразъемное бетонное тело 11. Следовательно, не имеется каналов, которые могут проводить жидкость между внешней стороной бетонного тела 11 и внешней стороной контейнерной сборки 12 или между внутренностью контейнерной сборки 12 и окружающим бетоном.

Концы трубчатого сосуда 13 закрыты нижней, по существу, конической торцевой стенкой 16 и верхней куполообразной торцевой стенкой 17. Верхняя торцевая стенка 17 устанавливается предпочтительно при помощи сварки после введения контейнера A в сосуд 13.

Система 14 труб изготовлена из большого количества С-образных труб 18, каждая из которых включает часть 18A, проходящую параллельно оси L бетонного тела 11 недалеко от периферийной поверхности 11A бетонного тела, и две радиальные части 18B, которые неразъемно соединены, предпочтительно, приварены к сосуду 13 около его концов. Предпочтительно, чтобы части труб 18A располагались относительно близко к периферийной поверхности 11A для того, чтобы тепло, отводимое наружу от сосуда 13 с помощью охладителя, могло быть отведено от устройства хранения 10 при помощи охладителя, потоки которого обтекают последний. Система циркуляции, образуемая системой 14 труб и внутренним пространством, должна быть сконструирована так, чтобы способствовать циркуляции.

Бетонное тело 11 снабжается предварительно напряженной арматурой, действующей как в осевом, так и в радиальном направлении.

Предварительно напряженная арматура, действующая в осевом направлении, включает кольцо из предварительно напряженных и расположенных в осевом направлении арматурных элементов 20 из стальной проволоки, желательно из хорошо растяжимой нержавеющей стали, которое расположен по окружности между осевыми частями труб 18A и периферийной поверхностью бетонного тела.

Предварительно напряженная арматура, действующая в радиальном направлении, состоит из предварительно напряженной арматуры на основе стальной проволоки 21, желательно из хорошо растяжимой нержавеющей стали, которая навита на периферийную поверхность 11A бетонного тела 11 и соответственно не заключена в бетон.

Как арматура 20, так и арматура 21 обеспечивают эффективную защиту системы 14 труб, исключающую повреждение этой системы в случае, если бетонное тело 11 будет подвергнуто ударам или другим сильным воздействиям со стороны.

Целесообразно, чтобы поверхность бетонного тела, которая аксиально противоположна верхней торцевой стенке 17, была свободна от стальной арматуры так, чтобы бетон на этой поверхности, а также на верхней торцевой стенке мог быть быстро и точно удален при помощи высверливания для обеспечения доступа к контейнеру A без его повреждения с целью последующего извлечения.

Извлечение модуля хранения 10 осуществляется следующим образом.

Сначала контейнер A помещают в контейнерную сборку 12, которая открыта только на верхнем конце сосуда и заполнена охладителем (водой). Верхняя торцевая стенка 17 устанавливается потом так, чтобы контейнерная сборка была закупорена.

Если заливка не осуществляется сразу после закупорки контейнерной сборки 12, то последняя может быть помещена в резервуар охлаждения для ожидания заливки.

В процессе приготовления к заливке закупоренная контейнерная сборка 12 помешается в стальную форму для заливки бетоном, в которой устанавливаются арматурные элементы 20 в условиях предварительного напряжения.

Залитый бетон должен достаточно хорошо затвердеть до начала разборки формы. Тепло, выделяемое содержимым контейнера, поглощается бетоном и ускоряет схватывание, таким образом, разборка формы может быть произведена через небольшое время - полдня или, возможно, даже несколько часов. Через небольшое дополнительное время предварительно напряженные арматурные элементы 20 разгружаются. При необходимости бетонное тело может быть помещено в резервуар для охлаждения.

Окончательно бетонное тело 11 снабжается арматурой 21, действующей в радиальном направлении, путем навивания предварительно напряженной арматурной проволоки вокруг периферийной поверхности 11A и заделывания концов проволоки.

После того, как устройство хранения 10 выполнено таким образом, оно может быть помещено во вторичный модуль хранения, который показан на фиг. 3 и обобщенно обозначен как 30.

Вторичный модуль хранения 30 также состоит из цилиндрического трубчатого бетонного тела 31, имеющего центральную цилиндрическую полость и окружающее кольцо из осевых охлаждающих каналов 33, которые связаны с полостью 32 около ее концов посредством радиальных каналов 34. Полость 32, которая герметично закупорена на верхнем ее конце посредством удаляемого покрытия 35, предназначена для содержания множества первичных модулей хранения 10, центрируемых в полости посредством соответствующих фиксирующих элементов (не показаны) таким образом, что образуется кольцевой зазор между стенкой полости и стеком модулей хранения 10, через который могут протекать конвективные потоки жидкого охладителя (воды). На фиг. 3 сплошными линиями показан один из первичных модулей хранения 10, а дополнительные такие же модули показаны штрихпунктирными линиями. При необходимости эти модули могут быть отделены друг от друга в направлении оси с помощью ушек, находящихся на торцевых поверхностях этих модулей, или с помощью вставки дополнительных элементов.

Устройство для хранения опасных отходов, в частности радиоактивных отходов, включает устройство хранения (10), состоящее из цилиндрического бетонного тела (11), имеющего центральную полость для приема контейнера (А) с отходами и каналы для протекания охлаждающего вещества, расположенные вокруг центральной полости. Центральная полость образована сосудом (13), предпочтительно цилиндрическим и концентричным бетонному телу (11), который заключен в бетон и герметично закупорен до заливки бетона. Каналы для охлаждения образованы системой (14) труб, которые также заключены в бетон, и просветы которых постоянно открыты и связаны с внутренним пространством сосуда (13). Сборку из таких бетонных тел помещают в центральную полость бетонной шахты и заливают водой для охлаждения. Технический результат заключается в повышении надежности хранения опасных отходов путем снижения вероятности их выхода в окружающую среду. 3 с. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для хранения опасных отходов, в частности радиоактивных отходов, включающее модуль хранения (10), представляющий собой по существу цилиндрическое бетонное стекло (11), имеющее центральную полость для заключения в нее контейнера с отходами (А), каналы для протекания охладителя, расположенные вокруг центральной полости, причем центральная полость образована сосудом (13), преимущественно цилиндрическим, который концентричен бетонному телу (11) и заключен в бетон, отличающееся тем, что сосуд (13) герметично закупорен до заливки бетонного тела (12) и полностью и неразъемно заключен в бетон, и каналы охлаждения образованы трубами (14), которые также полностью и неразъемно заключены в бетон и просветы которых постоянно открыты и связаны с внутренним пространством сосуда (13). 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцо из предварительно напряженных арматурных элементов (20), ориентированных в осевом направлении, расположено в бетонном теле (11) между трубами (14) и периферийной поверхностью (11А) бетонного тела (11). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что предварительно напряженная арматурная проволока (21) навита вокруг периферийной поверхности (11А) бетонного тела. 4. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что большая часть труб (14), образующих каналы охлаждения, расположена в радиально удаленной части бетонного тела (11). 5. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что сосуд (13) и трубы (14) выполнены из коррозионностойкого материала, такого, как нержавеющая сталь. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что в нем торцы сосуда (13) закрыты выпуклыми торцевыми стенками (16, 17). 7. Устройство для хранения опасных отходов, в частности радиоактивных отходов, включающее цилиндрическое бетонное тело (31) для хранения, имеющее центральную цилиндрическую полость (32) с возможностью ее закупоривания и открытия для введения в полость контейнера с отходами, каналы для протекания охлаждающего вещества, расположенные вокруг центральной полости (32), отличающееся тем, что тело (31) для хранения представляет собой внешний приемник, приспособленный для введения в его полость (32) множества модулей хранения (10) по любому из предыдущих пунктов и образования стека из таких модулей хранения в полости, при этом указанные каналы охлаждения (33) связаны с центральной полостью (32) в замкнутую систему циркуляции. 8. Способ содержания опасных отходов, в частности радиоактивных отходов в бетонном теле, отличающийся тем, что отходы, предпочтительно заключенные в закупоренный контейнер (А), вводят в сосуд (13), предпочтительно цилиндрический, который выполнен из коррозионностойкого материала, в частности металла, такого, как нержавеющая сталь, и окруженный кольцом (14) охлаждающих труб, просветы которых свободно сообщены с внутренним пространством сосуда, затем сосуд (13) герметизируют и обеспечивают полную и неразъемную заливку закупоренного сосуда, включающего заключенные в нем отходы, а также системы (14) охлаждающих труб в бетон. 9. Способ по п.8, отличающийся тем, что в заливочной форме, в которой выполняют заливку, размещают кольца из предварительно напряженных усиливающих элементов (20) снаружи системы (14) охлаждающих труб. 10. Способ по п.8 или 9, отличающийся тем, что вокруг отлитого бетонного тела (11) навивают предварительно напряженную арматурную проволоку (21).