ХРАНИЛИЩЕ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2006 года по МПК G21F9/24 G21F9/34 

Изобретение относится к долговременной подземной контролируемой изоляции ядерных отходов, в частности к хранилищам для долговременного хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ), поставляемого для захоронения в виде тепловыделяющих сборок ТВС и/или тепловыделяющих элементов ТВЭЛОВ.

Известно хранилище для длительного хранения отработанного ядерного топлива, содержащее облицованную бетоном и нержавеющей сталью буровую скважину, в основании которой установлена защитная бетонная пробка, а в устье скважины установлена крышка с герметичной прокладкой, засыпанная слоем грунта. В скважине размещены пеналы с отработанным ядерным топливом (см. Атомная энергия, т.89, вып.4, 2000 г., с.275-276, Козлов Ю.В. и др. "Длительное хранение и транспортирование отработавшего ядерного топлива").

Недостатком известного хранилища является отсутствие вентиляции внутреннего пространства хранилища, что при наличии остаточного тепловыделения приводит к быстрому разрушению контейнеров, содержащих ОЯТ. Данное обстоятельство не позволяет осуществлять долговременное хранение отработанного ядерного топлива, содержащего высокоактивные отходы, в известном хранилище.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является хранилище для долговременного хранения отработанного топлива, содержащее вертикальную скважину, оборудованную герметичной перемычкой и оголовком в верхней части скважины и системой вентиляции скважины, пеналы с ОЯТ размещают в контейнерах-корзинах, которые установлены в скважине друг на друга в виде гирлянды (см. патент РФ №2212720).

Недостатком известного хранилища является то, что в случае возникновения необходимости извлечения аварийных пеналов с ОЯТ, расположенных в нижних корзинах-контейнерах, приходится извлекать все вышерасположенные контейнеры-корзины, которые, учитывая, что они содержат высокоактивные отходы, необходимо размещать во временном хранилище, наличие которого увеличивает стоимость сооружения хранилища для длительного хранения ОЯТ, а необходимость перемещения контейнеров с отходами из одного хранилища в другое снижает надежность и безопасность хранения ОЯТ.

Задачей настоящего изобретения является создание хранилища для длительного хранения отработанного ядерного топлива, обеспечивающего надежную, долговременную изоляцию пеналов с ОЯТ без извлечения неаварийных контейнеров на поверхность при регламентных или ремонтных работах.

Задача решена путем создания хранилища отработанного ядерного топлива, содержащего вертикальную скважину с защитной герметичной перемычкой в верхней части скважины, размещенные в скважине контейнеры с пеналами с ОЯТ и систему вентиляции скважины, в котором, согласно изобретению, контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками в нижней части и установлены вертикально на забой скважины, пеналы с отработанным ядерным топливом расположены в контейнерах один над другим, при этом в скважине установлен, по меньшей мере, один свободный контейнер, а защитная герметичная перемычка в верхней части скважины установлена ниже верхних торцов контейнеров.

Выполнение контейнеров для ОЯТ в виде цилиндров, установленных вертикально на забой скважины, обеспечивает свободный доступ к каждому контейнеру, размещение пеналов с ОЯТ в контейнере один над другим и, соответственно, извлечение пеналов с ОЯТ при проведении ремонтных и профилактических работ в каждом контейнере, не затрагивая другие контейнеры. Наличие, по меньшей мере, одного свободного контейнера позволяет размещать в нем пеналы с ОЯТ, извлеченные из контейнера, на котором проводятся ремонтные или профилактические работы, при этом обеспечивается возможность проведения ремонтных или профилактических работ без извлечения пеналов с ОЯТ на поверхность. Наличие перфорированных участков в нижней части контейнеров обеспечивает вентиляцию скважины через внутренние полости контейнеров и эффективное охлаждение размещенных в контейнерах пеналов с ОЯТ.

Целесообразно, чтобы контейнеры с пеналами с ОЯТ были расположены по периметру скважины, а свободный контейнер установлен между ними в центре скважины.

Размещение свободного контейнера в центре скважины, а контейнеров с пеналами с ОЯТ - равномерно по периметру вдоль стенки скважины обеспечивает свободный доступ к любому контейнеру и равномерную тепловую нагрузку на крепь скважины.

На фиг.1 изображено хранилище в разрезе, на фиг.2 - сечение по А-А.

Хранилище содержит вертикальную скважину 1 расчетного диаметра, обсаженную сталебетонной крепью 2, закрепное пространство и забой вертикальной скважины 1 затампонированы бентонитоцементным раствором 3. На забой вертикальной скважины 1 вертикально установлены открытые сверху рабочие контейнеры 4 с пеналами с ОЯТ и свободный контейнер 5, как правило, рабочие контейнеры 4 установлены по периметру скважины, а свободный контейнер 5 - в центре скважины. Рабочие 4 и свободный 5 контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками 6 в нижней части цилиндров. В верхней части вертикальной скважины 1 ниже верхних торцов рабочих 4 и свободного 5 контейнеров установлена защитная перемычка 7. Под защитной перемычкой 7 из скважины 1 выполнены вентиляционные ходки 8 на поверхность. Устье вертикальной скважины 1 оборудовано оголовком 9 с отверстием 10 в центральной части.

После обустройства хранилища производится загрузка пеналов 11 с ОЯТ в рабочие контейнеры 4, при этом пеналы 11 размещаются в каждом рабочем контейнере 4 один над другим в виде гирлянды и удерживаются в рабочих контейнерах 4 на заданной высоте с помощью проставок 12, а по центру - с помощью центраторов 13. Выделяемого при хранении ОЯТ тепла вполне хватает для того, чтобы возникло естественное проветривание хранилища. При этом струя свежего воздуха 14 через вентиляционные ходки 8 попадает в вертикальную скважину 1, опускается в ее нижнюю часть и через перфорированные участки 6 холодный воздух попадает во внутреннее пространство контейнеров и, охлаждая пеналы 11 с ОЯТ, нагревается, поднимается вверх и через отверстие 10 в оголовке 9 струя нагретого воздуха 15 выводится в атмосферу.

При диаметре пенала 11, равном 600 мм, и расчетном конструктивном зазоре между стенкой пенала 11 и внутренней стенкой рабочего контейнера 4, равном 150-200 мм, наиболее оптимальной является вертикальная скважина 1 с диаметром, равным 5 м, при этом по периметру вертикальной скважины 1 вдоль ее стенки могут разместиться шесть рабочих контейнеров 4 и один свободный контейнер 5 в центре. По расчетам при двухярусном расположении пеналов 11 в рабочих контейнерах 4 с тепловыделением 1,8 кВт/пенал тепловая нагрузка на стенку скважины 1 составит не более 25 Вт/м², а глубина вертикальной скважины 1 с учетом предохранительного целика составит (40-50) м.

В случае возникновения необходимости извлечения нижнего пенала с ОЯТ, например, при проведении ремонтных или профилактических работ из одного из рабочих контейнеров 4, верхние пеналы с ОЯТ из этого контейнера перегружаются в свободный контейнер 5 без извлечения на поверхность, а нижний пенал с ОЯТ извлекается для ремонта или на переработку.

Таким образом настоящее изобретение обеспечивает надежную долговременную изоляцию отработанного ядерного топлива без извлечения его на поверхность при необходимости проведения регламентных или аварийно-ремонтных работ, что существенно снижает затраты на сооружение и эксплуатацию хранилища.

Изобретение относится к области долговременного хранения радиоактивных отходов. Сущность изобретения: хранилище отработанного ядерного топлива содержит вертикальную скважину с перемычкой в верхней части скважины, размещенные в скважине контейнеры с пеналами с отработанным ядерным топливом и систему вентиляции скважины. Контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками в нижней части и установлены вертикально на забой скважины. Пеналы с отработанным ядерным топливом расположены в контейнерах один над другим. При этом в скважине установлен, по меньшей мере, один свободный контейнер, а перемычка в верхней части скважины установлена ниже верхних торцов контейнеров. Преимущества изобретения заключаются в надежной и долговременной изоляции радиоактивных отходов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Хранилище отработанного ядерного топлива, содержащее вертикальную скважину с перемычкой в верхней части скважины, размещенные в скважине контейнеры с пеналами с отработанным ядерным топливом и систему вентиляции скважины, отличающееся тем, что контейнеры выполнены в виде цилиндров с перфорированными участками в нижней части и установлены вертикально на забой скважины, пеналы с отработанным ядерным топливом расположены в контейнерах один над другим, при этом в скважине установлен, по меньшей мере, один свободный контейнер, а перемычка в верхней части скважины установлена ниже верхних торцов контейнеров.2. Хранилище по п.1, отличающееся тем, что контейнеры с пеналами с отработанным ядерным топливом расположены по периметру скважины, а свободный контейнер установлен между ними в центре скважины.