СПОСОБ ИЗОЛЯЦИИ ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ ОТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2000 года по МПК G21F9/34 

Заявляемый способ изоляции твердых радиоактивных отходов от окружающей среды относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области удаления твердых радиоактивных отходов (ТРО). Наиболее эффективно заявляемый способ может быть реализован при захоронении твердых радиоактивных отходов в приповерхностных слоях породных массивов, сложенных водопроницаемыми породами (глинами, суглинками и т. п.)
Известен способ изоляции ТРО от окружающей среды (1), включающий создание в суглинистом породном массиве, расположенном выше уровня залегания грунтовых вод, траншеи, заполнение траншеи ТРО, заливку ТРО цементным раствором, приготовленным на основе жидких радиоактивных отходов (ЖРО), омоноличивание ТРО путем выдержки цементного раствора до образования из него цементного камня, герметизацию верхней части траншеи и долгосрочную выдержку ТРО, в процессе которой осуществляют ее радиоэкологический контроль путем отбора проб грунта и воды из породного массива, расположенного вокруг траншеи и измерения их уровня удельной активности.

Недостатками известного способа являются повышенная опасность его реализации для окружающей среды вследствие ненадежности локализации радионуклидов ТРО при их долгосрочной выдержке в траншее, а также непредусмотренность осуществления радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в траншее, позволяющего оперативно предотвратить загрязнение окружающей среды при их делокализации из омоноличенных ТРО.

Повышенная опасность реализации способа для окружающей среды обусловлена:
- непредусмотренностью создания в траншее защитного барьера, изолирующего ТРО от породного массива;
- использованием в качестве материала для заливки ТРО цементного раствора, приготовленного на основе ЖРО, образующего после схватывания водопроницаемый радиоактивный цементный камень, не способный задерживать радионуклиды ТРО и плохо удерживающий в себе радионуклиды ЖРО;
- невозможностью при заливке ТРО цементным раствором гарантированного заполнения им всех полостей между кусками ТРО, в которых при долгосрочной выдержке будет происходить накопление атмосферных, конденсатных и грунтовых вод, способных разрушать монолит ТРО и выносить в окружающую среду радионуклиды;
Известен способ изоляции ТРО от окружающей среды (2), включающий создание в породном массиве котлована, сооружение в нем железобетонной емкости, заполнение железобетонной емкости ТРО, заливку ТРО цементным раствором, приготовленным на основе ЖРО, омоноличивание ТРО путем выдержки цементного раствора до образования из него цементного камня, герметизацию верхней части железобетонной емкости и долгосрочную выдержку ТРО в железобетонной емкости.

Недостатками известного способа являются повышенная опасность его реализации для окружающей среды вследствие ненадежности локализации радионуклидов ТРО при их долгосрочной выдержке в железобетонной емкости, а также непредусмотренность осуществления радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в железобетонной емкости, позволяющего оперативно предотвратить загрязнение окружающей среды при их делокализации из омоноличенных ТРО.

Повышенная опасность реализации способа для окружающей среды обусловлена:
- использованием в качестве материала для заливки ТРО цементного раствора, приготовленного на основе ЖРО, образующего после схватывания водопроницаемый радиоактивный цементный камень, не способный задерживать радионуклиды ТРО и плохо удерживающий в себе радионуклиды ЖРО;
- невозможностью при заливке ТРО цементным раствором гарантированного заполнения им всех полостей между кусками ТРО, в которых при долгосрочной выдержке будет происходить накопление атмосферных, конденсатных и грунтовых вод, способных разрушать железобетонную емкость, монолит ТРО и выносить в окружающую среду радионуклиды;
Наиболее близким к заявляемому способу является способ изоляции ТРО от окружающей среды (3), включающий создание подземной железобетонной емкости, разделенной железобетонными перегородками на секции, покрытие внутренних поверхностей днища и стенок железобетонной емкости гидроизолирующим составом, сооружение вокруг стенок железобетонной емкости глиняного замка (гидроизолирующего глиняного слоя), создание вокруг глиняного замка дренажной канавы, заполнение секций железобетонной емкости ТРО, заливку ТРО нерадиоактивным цементным раствором, омоноличивание ТРО путем выдержки цементного раствора до образования из него цементного камня, закрытие заполненных секций железобетонной емкости железобетонными плитами перекрытия, герметизацию железобетонных плит перекрытия и долгосрочную выдержку ТРО в железобетонной емкости.

Недостатками известного способа являются повышенная опасность его реализации для окружающей среды вследствие ненадежности локализации радионуклидов ТРО при их долгосрочной выдержке в железобетонной емкости, а также непредусмотренность осуществления радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в железобетонной емкости, позволяющего оперативно предотвратить загрязнение окружающей среды при их делокализации из омоноличенных ТРО.

Повышенная опасность реализации способа для окружающей среды обусловлена:
- использованием в качестве материала заливки ТРО нерадиоактивного цементного раствора, образующего после схватывания цементный камень, не способный к сорбционной или хемосорбционной фиксации радионуклидов ТРО и обладающий плохими гидроизолирующими (из-за его пористости) свойствами;
- невозможностью при заливке ТРО нерадиоактивным цементным раствором гарантированного заполнения им всех полостей между кусками ТРО, в которых при долгосрочной выдержке будет происходить накопление атмосферных, конденсатных и грунтовых вод, способных разрушать железобетонную емкость, монолит ТРО и выносить в окружающую среду радионуклиды;
- непредусмотренностью в процессе реализации известного способа ликвидации незаполненных нерадиоактивным цементным раствором полостей между кусками ТРО.

Преимуществами заявляемого способа являются повышение безопасности его реализации для окружающей среды и возможность проведения радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в железобетонной емкости в процессе их долговременного хранения.

Указанные преимущества достигается за счет того, что заявляемый способ включает создание подземной железобетонной емкости, разделенной железобетонными перегородками на секции, покрытие внутренних поверхностей днища и стенок железобетонной емкости гидроизолирующим составом, сооружение вокруг стенок железобетонной емкости глиняного замка (гидроизолирующего глиняного слоя), создание вокруг глиняного замка дренажной канавы, установку в секциях перфорированных труб высотой большей, чем высота секций, создание в железобетонных плитах перекрытия отверстий для перфорированных труб и расположенных вдоль продольных осей железобетонных плит перекрытия конических сужающихся сверху вниз отверстий, заполнение конических отверстий термопластичным материалом, заполнение секций железобетонной емкости ТРО, заливку ТРО смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, омоноличивание ТРО путем выдержки смеси до образования цементного камня, закрытие секций железобетонной емкости железобетонными плитами перекрытия с коническими отверстиями, выявление незаполненных полостей в секциях, бурение через термопластичный материал конических отверстий и омоноличенные ТРО скважин до вскрытия выявленных незаполненных полостей, установку в скважинах технологических труб, нагрев термопластичного материала конических отверстий до обеспечения герметизации мест стыковки с ним технологических труб, охлаждение термопластичного материала конических отверстий, закачку по технологическим трубам в выявленные незаполненные полости смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, нагрев термопластичного материала конических отверстий, удаление из скважин технологических труб, охлаждение термопластичного материала конических отверстий, заполнение через эти отверстия скважин смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, выдержку смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом в полостях и скважинах до образования из нее цементного камня, нагрев термопластичного материала конических отверстий до их заплавления, герметизацию железобетонных плит перекрытия секций емкости и долгосрочную выдержку ТРО, в процессе которой осуществляют радиоэкологический контроль за состоянием захороненных ТРО путем отбора проб из емкости через перфорированные трубы и их радионуклидного анализа, причем углы конических сужающихся сверху вниз отверстий, а также расстояния между каждыми двумя соседними сужающимися сверху вниз коническими отверстиями на железобетонных крышках равны между собой, а общее количество отверстий (N) определяется из соотношения:
N = L/2H tg 0,5 α,
где L - расстояние между каждыми двумя соседними железобетонными перегородками, делящими железобетонную емкость на секции;
H - высота секции;
α - угол конического сужающегося сверху вниз отверстия.

Отличительными признаками заявляемого способа являются: установка в секциях перфорированных труб высотой большей, чем высота секций, создание в железобетонных плитах перекрытия отверстий для перфорированных труб и расположенных вдоль продольных осей железобетонных плит перекрытия конических сужающихся сверху вниз отверстий, заполнение конических сужающихся сверху вниз отверстий термопластичным материалом, использование в качестве средства заливки ТРО смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом при содержании неорганического сорбента 3 - 50 мас.% от общего веса смеси, выявление незаполненных полостей в секциях, бурение через термопластичный материал конических отверстий и омоноличенные ТРО скважин до вскрытия выявленных не заполненных полостей, установку в скважинах технологических труб, нагрев термопластичного материала конических отверстий до обеспечения герметизации мест стыковки с ним технологических труб, охлаждение термопластичного материала конических отверстий, закачку по технологическим трубам в выявленные незаполненные полости смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, нагрев термопластичного материала конических отверстий, удаление из скважин технологических труб, охлаждение термопластичного материала конических отверстий, заполнение через эти отверстия скважин смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, выдержку смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом в полостях и скважинах до образования из нее цементного камня, нагрев термопластичного материала конических отверстий до их заплавления, осуществление радиоэкологического контроля за состоянием захороненных ТРО путем отбора проб из емкости через перфорированные трубы и их радионуклидного анализа, а также то, что углы конических сужающихся сверху вниз отверстий и расстояния между каждыми двумя соседними сужающимися сверху вниз коническими отверстиями на железобетонных крышках равны между собой, причем общее количество отверстий (N) определяется из соотношения:
N=L/2H tg 0,5 α,
где L - расстояние между каждыми двумя соседними железобетонными перегородками, делящими железобетонную емкость на секции;
H - высота секции;
α - угол конического сужающегося сверху вниз отверстия.

Повышение безопасности реализации заявляемого способа для окружающей среды достигается за счет использования смеси цементного раствора с неорганическим сорбентом (вермикулитом, бентонитом, цеолитом), обеспечивающей сорбционную локализацию радионуклидов ТРО, а также за счет ликвидации в секциях с омоноличенными ТРО выявленных незаполненных полостей, микрополостей и трещин.

Возможность проведения радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в секциях железобетонной емкости достигается в результате установки в них перфорированных труб высотой большей, чем высота секции путем отбора проб через перфорированные трубы и их радионуклидного анализа.

Выявление незаполненных полостей в секциях обеспечивается за счет ультразвукового сканирования, а герметизация радионуклидов ТРО от окружающей среды в процессе ликвидации незаполненных полостей обеспечивается за счет нагрева термопластичного материала в конических сужающихся сверху вниз отверстиях.

Количество неорганического сорбента в его смеси с цементным раствором составляет 3 - 50 мас.% от общего веса смеси, причем при содержании неорганического сорбента менее 3 мас.% не обеспечивается надежная фиксация радионуклидов в цементном камне, а при его содержании свыше 50 мас.% не происходит образования цементного камня.

Равные углы конических сужающихся сверху вниз отверстий, равные расстояния между каждыми двумя соседними сужающимися сверху вниз коническими отверстиями на железобетонных плитах перекрытия, а также общее количество конических сужающихся сверху вниз отверстий (N), определяемое из соотношения N = L/2H tg 0,5 α, обеспечивают возможность доступа в любую из точек объема каждой из секций, расположенных на расстоянии от днища емкости не превышающем 1/3H,т.к. практически все незаполненные после омоноличивания ТРО полости располагается в указанной зоне.

В качестве термопластичного материала используют гудрон, а также различные марки битумов.

Способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - 3.

На фиг. 1 представлен общий вид секции железобетонной емкости в разрезе после омоноличивания ТРО в варианте с двумя перфорированными трубами и двумя коническими сужающимися сверху вниз отверстиями (вид сбоку);
на фиг. 2 представлен вид сверху плиты перекрытия секции с вариантом размещения двух конусообразных отверстий;
на фиг. 3 представлены варианты размещения технологических труб внутри секции железобетонной емкости.

Заявляемый способ реализуют следующим образом.

В секциях 1 железобетонной емкости устанавливают перфорированные трубы 2, после чего в секциях 1 железобетонной емкости размещают ТРО 3. Затем ТРО 3 в секциях 1 железобетонной емкости заливают смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, в процессе выдержки которой происходит образование цементного камня 4 и незаполненных полостей 5. Заполненные омоноличенными ТРО секции 1 железобетонной емкости закрывают железобетонными плитами перекрытия 6 с выполненными в них отверстиями 7 для перфорированных труб 2 и коническими сужающимися сверху вниз отверстиями 8, заполненными термопластичным материалом. После закрытия секций 1 железобетонной емкости осуществляют ультразвуковое сканирование омоноличенных ТРО 3. Выявленные незаполненные полости 5 вскрывают посредством бурения скважин к ним через заполненные термопластичным материалом конические сужающиеся сверху вниз отверстия 8 и омоноличенные ТРО 3, затем в скважинах размещают технологические трубы 9 и нагревают термопластичный материал до обеспечения герметизации его мест стыковки с технологическими трубами 9. По технологическим трубам 9 осуществляют закачку смеси нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом до заполнения ею выявленных полостей 5. Затем нагревают термопластичный материал, удаляют из скважин технологические трубы 9, охлаждают термопластичный материал, заполняют скважины нерадиоактивным цементным раствором с неорганическим сорбентом и заплавляют отверстия в термопластичном материале конических сужающихся сверху вниз отверстий 8. Далее в процессе долгосрочной выдержки осуществляют радиоэкологический контроль за радионуклидами омоноличенных ТРО путем периодического отбора проб из перфорированных труб 2 и их радионуклидного анализа.

В результате испытаний заявляемого способа было установлено, что степень локализации радионуклидов изолированных согласно заявляемого способа ТРО в среднем на 1 - 2 порядка выше чем в способе-прототипе.

Литература
1. Соболев И. А. и Хомчик Л.М. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 85 - 86.

2. Соболев И. А. и Хомчик Л.М. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 77 - 78.

3. Соболев И. А. и Хомчик Л.М. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 74-75.

Использование: при захоронении твердых радиоактивных отходов в земле для повышения безопасности реализации способа для окружающей среды и возможности проведения радиологического контроля за поведением радионуклидов ТРО непосредственно в железобетонной емкости в процессе их долговременного хранения. Сущность изобретения: способ включает создание подземной железобетонной емкости, разделенной железобетонными перегородками на секции, установку в секциях перфорированных труб, заполнение секций железобетонной емкости ТРО, заливку ТРО смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, закрытие секций железобетонной емкости железобетонными плитами перекрытия с коническими отверстиями, выявление незаполненных полостей в секциях, бурение через термопластичный материал конических отверстий и омоноличенные ТРО скважин до вскрытия выявленных незаполненных полостей, заполнение полостей и скважин смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, герметизацию железобетонных плит перекрытия секций емкости и долгосрочную выдержку ТРО, в процессе которой осуществляют радиоэкологический контроль за состоянием захороненных ТРО путем отбора проб из емкости. 3 з.п ф-лы, 3 ил.

1. Способ изоляции твердых радиоактивных отходов от окружающей среды, включающий создание подземной железобетонной емкости, разделенной железобетонными перегородками на секции, покрытие внутренних поверхностей днища и стенок железобетонной емкости гидроизолирующим составом, сооружение вокруг стенок железобетонной емкости глиняного замка, создание вокруг глиняного замка дренажной канавы, заполнение секций железобетонной емкости твердыми радиоактивными отходами, заливку твердых радиоактивных отходов нерадиоактивным раствором, содержащим цемент, омоноличивание твердых радиоактивных отходов путем выдержки нерадиоактивного раствора, содержащего цемент, до образования цементного камня, закрытие секций железобетонной емкости железобетонными плитами перекрытия, герметизацию железобетонных плит перекрытия секций железобетонной емкости и долгосрочную выдержку омоноличенных твердых радиоактивных отходов, отличающийся тем, что перед заполнением секций железобетонной емкости твердыми радиоактивными отходами в них устанавливают перфорированные трубы с высотой большей, чем высота секций, в качестве нерадиоактивного раствора, содержащего цемент, используют смесь нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом при содержании неорганического сорбента 3 - 50 мас.% от общего веса смеси, перед закрытием секций железобетонной емкости железобетонными плитами перекрытия в них создают отверстия для перфорированных труб и расположенные вдоль продольных осей железобетонных плит перекрытия, конические сужающиеся сверху вниз отверстия, которые заполняют термопластичным материалом, выявляют незаполненные полости в секциях, бурят через термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий и омоноличенные твердые радиоактивные отходы скважины до вскрытия выявленных незаполненных полостей, устанавливают в скважинах технологические трубы, нагревают термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий до обеспечения герметизации мест стыковки с ним технологических труб, охлаждают термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий, закачивают по технологическим трубам в выявленные незаполненные полости смесь нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, нагревают термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий, удаляют из скважин технологические трубы, охлаждают термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий, заполняют через эти отверстия скважины смесью нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом, выдерживают смесь нерадиоактивного цементного раствора с неорганическим сорбентом в полостях и скважинах до образования из нее цементного камня, нагревают термопластичный материал конических сужающихся сверху вниз отверстий до их заплавления, а в процессе долгосрочной выдержки омоноличенных твердых радиоактивных отходов осуществляют радиоэкологический контроль за состоянием радионуклидов твердых радиоактивных отходов путем отбора проб из секций емкости через перфорированные трубы и их радионуклидного анализа, причем углы конических сужающихся сверху вниз отверстий, а также расстояния между каждыми двумя соседними сужающимися сверху вниз коническими отверстиями на железобетонных плитах перекрытия равны между собой, а общее количество сужающихся сверху вниз конических отверстий определяется из соотношения
N = L/2Htg0,5α,
где N - общее количество сужающихся сверху вниз конических отверстий;
L - расстояние между каждыми двумя соседними железобетонными перегородками, делящими железобетонную емкость на секции;
H - высота секции;
α - угол конического сужающегося сверху вниз отверстия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического сорбента используют вермикулит, бетонит или цеолит. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявление незаполненных полостей осуществляют ультразвуковым сканированием. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного материала используют гудрон или различные марки битумов.