СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ОТ ПОДЗЕМНОЙ МИГРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЖИДКИХ ОТХОДОВ ПОДЗЕМНОЙ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2018 года по МПК E02D31/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение относится к системе безопасности подземных атомных электростанций, и более конкретно, к системе безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В соответствии с взаимосвязью между местоположением атомной электростанции и гидрогеологией (HAD 101/06) и дисперсией радиоактивного материала в поверхностной воде на месте атомной электростанции (HAD 101/05), миграция радионуклида управляется посредством движения (перемещения) грунтовой воды, распространения пика загрязнения (дисперсии радиоактивного материала в воде) и удержания и высвобождения радионуклида в твердой фазе (распределение фазы). Во время разных процессов миграции, среда-носитель миграции представляет собой грунтовую воду. Следовательно, миграция нуклида в радиоактивных жидких отходах может предотвращаться посредством блокировки движения грунтовой воды с помощью инженерных средств. Как только случаются крупные аварии, например, разрыв защитной оболочки в подземной атомной электростанции, радиоактивные жидкие отходы стремятся мигрировать в породный массив снаружи шахты реактора и загрязнять грунтовую воду, приводя к серьезному загрязнению окружающей среды. Подземная миграция радиоактивных жидких отходов включает перемещение грунтовой воды, дисперсию радиоактивного материала в воде и распределение фазы. Различные факторы могут влиять на подземную миграцию радиоактивных жидких отходов: положение источника аварии, свойства породного массива, тип грунтовой воды, способ миграции и т.д.. Следовательно, требуется осуществление соответствующей системы безопасности для предотвращения подземной миграции радиоактивных жидких отходов, создаваемых в подземной атомной электростанции.

[0003] В настоящее время, крупномасштабная подземная атомная электростанция не введена в коммерческую эксплуатацию ни в Китае, ни в других странах, и система безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов представляет собой новую область. Существующие подземные места захоронения радиоактивных отходов герметизируют ядерные отходы, используя стальные сосуды, и покрывают стальной сосуд глиной, и ядерные отходы, покрытые изолирующими слоями, захороняются в глубокой скважине породного массива. Их устройство абсолютно отличается от системы безопасности от миграции радиоактивных материалов, таким образом подземные места захоронения радиоактивных отходов не могут использоваться для ссылки. Так как на подземную миграцию радиоактивных жидких отходов влияют различные факторы, и обеспечение безопасности которой строго требуется, вместо одного средства, подземная миграция радиоактивных жидких отходов требует управления посредством использования множества защитных конструкций, в случае ядерных аварий.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Ввиду вышеописанных проблем, одной задачей изобретения является обеспечение системы безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов. Система безопасности является эффективной и отличается наличием множества экранов.

[0005] Технология атомной энергетики комбинируется с технологией управления просачиванием подземного породного массива, воплощенной в вариантах осуществления изобретения, и анализируются утилизация и меры системы безопасности против подземной миграции радиоактивных жидких отходов в случае возникновения крупных аварий; по изобретению, средства управления просачиванием гидроэлектростанции применяются к системе безопасности от подземной миграции радиоактивных жидких отходов, и множество мер безопасности предназначено для предотвращения подземной миграции радиоактивных жидких отходов.

[0006] Для достижения вышеприведенной задачи, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения, предложена система безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов, содержащая защитный слой шахты реактора и непроницаемый слой. Защитный слой содержит внутреннюю футеровку, дренажный слой и заполняющий трещины слой. Внутренняя футеровка выполнена с возможностью предотвращения экзосмоса внутренней воды. Дренажный слой выполнен с возможностью сбора и дренажа просачивающейся воды. Заполняющий трещины слой содержит первый заполняющий трещины слой и второй заполняющий трещины слой. Шахта реактора окружена внутренней футеровкой, дренажным слоем и заполняющим трещины слоем. Непроницаемый слой размещен по периферии ядерного острова (ядерный остров представляет собой подземную кавернозную группу, содержащую шахту реактора и вспомогательную шахту). Непроницаемый слой выполнен с возможностью изоляции ядерного острова от природной грунтовой воды.

[0007] В предпочтительном варианте осуществления изобретения, шахта реактора окружена внутренней футеровкой, первым заполняющим трещины слоем, дренажным слоем и вторым заполняющим трещины слоем изнутри-наружу в этом порядке.

[0008] В классификации настоящего варианта осуществления, внутренняя футеровка представляет собой железобетонную конструкцию, или внутренняя футеровка представляет собой конструкцию, объединяющую железобетон с водонепроницаемой панелью. Внутренняя футеровка выполнена с возможностью герметизации шахты реактора и предотвращения экзосмоса охлаждающей воды, когда шахта реактора заполняется охлаждающей водой, когда случаются крупные аварии. Для предотвращения экзосмоса воды, бетон является эффективным в защите от просачивания.

[0009] В предпочтительном варианте осуществления изобретения, первый заполняющий трещины слой и второй заполняющий трещины слой - оба содержат цементирующие материалы в породных трещинах и породном массиве. Первый заполняющий трещины слой размещен на стенке шахты и окружающей породе шахты реактора, таким образом дополнительно улучшая обеспечение непроницаемости стенки шахты и окружающей породы. Второй заполняющий трещины слой выполнен с возможностью изоляции грунтовой воды породного массива в кавернозной группе от грунтовой воды окружающей породы шахты реактора.

[0010] В предпочтительном варианте осуществления изобретения, дренажный слой содержит множество слоев первых дренажных штолен и первых дренажных скважин. Первые дренажные скважины пробуриваются в первые дренажные штольни и взаимно соединяются. Дренажный слой выполнен с возможностью сбора и дренажа просачивающейся воды, которая поступает из внутренней футеровки и первого заполняющего трещины слоя, когда случаются крупные аварии. Расстояние между первыми дренажными скважинами составляет менее 2 м для обеспечения эффективности дренажа.

[0011] В предпочтительном варианте осуществления изобретения, непроницаемый слой содержит множество слоев вторых дренажных штолен и вторых дренажных скважин. Вторые дренажные скважины пробуриваются во вторые дренажные штольни и взаимно соединяются. Непроницаемый слой выполнен с возможностью предотвращения просачивания природной грунтовой воды в подземную кавернозную группу, понижения давления просачивания грунтовой воды и обеспечения устойчивости окружающей породы шахты реактора. Гидравлическое соединение между водой внутри и снаружи ядерного острова блокируется посредством непроницаемого слоя, и подземная кавернозная группа находятся в области осушения породного массива.

[0012] Преимущества системы безопасности в соответствии с вариантами осуществления изобретения резюмируются ниже:

[0013] С точки зрения признаков подземной миграции радиоактивных жидких отходов, когда случаются крупные аварии на подземной атомной электростанции, шахта реактора особенно защищена. В комбинации с природной защитой породного массива, шахта реактора предусмотрена с внутренней футеровкой, дренажным слоем и заполняющим трещины слоем, таким образом канал подземной миграции радиоактивных жидких отходов блокируется. Кроме того, предложена система сбора, утилизации и мониторинга, и радиоактивные жидкие отходы, создаваемые во время крупных аварий или во время нормальной работы, отделяются, собираются и обрабатываются в системе безопасности. Крупномасштабная миграция радиоактивного материала предотвращена, и соблюдается национальный стандарт по ядерной безопасности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0014] Изобретение описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

[0015] Фиг.1 представляет собой схематичное изображение системы безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов;

[0016] Фиг.2 представляет собой контурную карту столбов воды в области просачивания при смоделированном условии 1, смоделированном условии 2 и смоделированном условии 3, используя систему безопасности на фиг.1 (единица измерения: м); и

[0017] Фиг.3 представляет собой контурную карту столбов воды в области просачивания при смоделированном условии 4, используя систему безопасности на фиг.1 (единица измерения: м).

[0018] На чертежах, используются следующие ссылочные позиции: S. Защитный слой шахты реактора; S₁. Внутренняя футеровка; S₂. Заполняющий трещины слой; S_2-1. Первый заполняющий трещины слой; S_2-2. Второй заполняющий трещины слой; S₃. Дренажный слой; S_3-1. Первые дренажные скважины; S_3-2. Первые дренажные штольни; Z. Непроницаемый слой; Z₁. Вторые дренажные скважины; Z₂. Вторые дренажные штольни; A. Сбор просачивающейся воды; B. Точки мониторинга; и C. Система визуализации для детектирования, передачи и сообщения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0019] Для дальнейшей иллюстрации изобретения, ниже описаны эксперименты, подробно описывающие систему безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов.

[0020] Как показано на фиг.1, система безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов содержит защитный слой S шахты реактора и непроницаемый слой Z. Непроницаемый слой выполнен с возможностью изоляции подземной кавернозной группы от природной грунтовой воды. Защитный слой и непроницаемый слой представляют собой герметичные конструкции. Защитный слой S содержит внутреннюю футеровку S₁, дренажный слой S₃ и заполняющий трещины слой S₂. Внутренняя футеровка выполнена с возможностью предотвращения экзосмоса внутренней воды. Дренажный слой выполнен с возможностью дренажа просачивающейся воды. Заполняющий трещины слой S₂ содержит первый заполняющий трещины слой S_2-1 и второй заполняющий трещины слой S_2-2. Шахта реактора окружена внутренней футеровкой, дренажным слоем и заполняющим трещины слоем. Непроницаемый слой Z размещен по периферии подземной кавернозной группы, которая содержит шахту реактора и вспомогательную шахту.

[0021] Шахта реактора полностью поддерживает все процедуры по обеспечению ядерной безопасности наземной атомной электростанции, что означает, что установки для мониторинга, сбора, хранения и утилизации остаются в защитной оболочке или снаружи защитной оболочки, и оборудование для мониторинга и специализированное дренажное оборудование также остаются в месте дренажа. Радиоактивные жидкие отходы возникают главным образом вследствие негерметичности шахты реактора, когда случаются крупные аварии, таким образом на основе процедур по обеспечению ядерной безопасности наземной атомной электростанции шахта реактора специально защищена следующими четырьмя конструкциями безопасности:

[0022] 1. Внутренняя футеровка S₁, высокоэффективная защитная конструкция на стенке шахты

[0023] Внутренняя футеровка S₁ размещена на внутренней стенке шахты реактора. Внутренняя футеровка S₁ представляет собой железобетонный футеровочный слой, отличающийся высокой непроницаемостью. Толщина футеровочного бетона на вершине арки и ее окрестностях составляет от 0,5 м до 1 м, и футеровочный бетон нижней плиты может быть толще, в соответствии с требованиями. Степень непроницаемости футеровочного бетона - W12, и коэффициент проницаемости футеровочного бетона составляет 1,3*10^-9 см/с. При этом, трещина на окружающей породе шахты реактора заполняется и герметизируется, используя водонепроницаемый материал. В случае растрескивания футеровочного бетона шахты реактора, вызванного землетрясением, которое приводит к увеличению просачивания охлаждающей воды, нижняя плита и ее окрестности шахты реактора могут использовать стальную футеровку. Когда вследствие землетрясения случаются крупные аварии, шахта со стальной футеровкой может заполняться охлаждающей водой для предотвращения аварии с расплавлением активной зоны реактора, при этом просачивание охлаждающей воды на внешний породный массив исключается, таким образом гарантируется обеспечение ядерной безопасности.

[0024] Так как степень непроницаемости футеровочного бетона - W12, футеровочный бетон может выдерживать давление 120 м столба воды без просачивания воды. Каменно-набросная плотина Шуйбуя с экраном, самая высокая построенная в мире каменно-набросная плотина с бетонным экраном с максимальной высотой плотины 233 м, использует бетонный экран для управления просачиванием тела плотины. Степень непроницаемости бетонного экрана - W12, и максимальная толщина бетонного экрана составляет только 1,1 м. Плотина эксплуатировалась годами, и еще не возникало ни одной ошибки. Когда защитная оболочка подземной атомной электростанции прорывается, и охлаждающая вода заполняет шахту для предотвращения аварии с расплавлением активной зоны реактора, глубина охлаждающей воды составляет около 20 м, что значительно меньше столба воды каменно-набросной плотины Шуйбуя с экраном, таким образом футеровочный бетон, степень непроницаемости которого - W12, может эффективно предотвращать экзосмос охлаждающей воды из шахты реактора.

[0025] 2. Первый заполняющий трещины слой S_2-1, высокоинтенсивная цементирующая и герметизирующая трещины конструкция

[0026] Первый заполняющий трещины слой S_2-1 размещен на внешней стороне внутренней футеровки S₁. Первый заполняющий трещины слой S_2-1 используется для высокоинтенсивного цементирования на стенке шахты и окружающей породе шахты реактора и для герметизации трещин, таким образом породный массив и цементирующий материал образуют герметичный слой, и целостность и непроницаемость стенки шахты и окружающей породы дополнительно улучшены. Непроницаемость породного массива в герметичном слое достигает 10^-6 см/с. Межрядное расстояние скважин для цементирования составляет от 1 м×1 м до 2 м×2 м, и рабочая глубина составляет от 8 м до 12 м.

[0027] 3. Дренажный слой S₃, эффективная дренажная конструкция

[0028] Для дополнительного предотвращения просачивания радиоактивной воды, периферия первого заполняющего трещины слоя S_2-1 предусмотрена с пассивным дренажным слоем S₃, который может автоматически дренировать воду. Дренажный слой S₃ содержит множество слоев первых дренажных штолен и первых дренажных скважин. Первые дренажные скважины пробуриваются в первые дренажные штольни и взаимно соединяются. Расстояние между первыми дренажными скважинами составляет от 1 м до 2 м.

[0029] 4. Второй заполняющий трещины слой S_2-2, непроницаемая заградительная конструкция

[0030] Периферия дренажного слоя S₃ предусмотрена со вторым заполняющим трещины слоем S_2-2, таким образом, что гидравлическое соединение полностью заблокировано. Второй заполняющий трещины слой содержит множество слоев галерей для цементирования и заградительных скважин. Заградительные скважины пробуриваются в галереи для цементирования и взаимно соединяются. Породная трещина заполняется, цементируется и герметизируется. Породный массив и цементирующий материал образуют герметичный слой. Стандарт заграждения составляет максимум 0,5 Люжон в применяемой в настоящее время технологии цементирования. Его коэффициент проницаемости равен 5×10^-6 см/с. Непроницаемая заградительная конструкция размещена в один ряд, и расстояние между заградительными скважинами составляет 2 м. Непроницаемая заградительная конструкция может быть размещена в множество рядов, и расстояние между заградительными скважинами может быть уменьшено в соответствии с экспериментами цементирования и проверкой непроницаемости.

[0031] В системе безопасности, комбинация внутренней футеровки S₁ и первого заполняющего трещины слоя S_2-1 обеспечивает возможность достижения непроницаемости шахты реактора 10^-9 см/с, и, по существу, просачивание охлаждающей воды шахты реактора, когда случаются крупные аварии, предотвращается. Дренажный слой S₃ выполнен с возможностью сбора и дренажа радиоактивных жидких отходов, которые вероятно протекают из внутренней футеровки и первого заполняющего трещины слоя. Второй заполняющий трещины слой S_2-2 выполнен с возможностью блокировки обмена между грунтовой водой породного массива в подземной кавернозной группе и окружающей породой шахты реактора. Следовательно, когда случаются крупные аварии, просачивание внешней грунтовой воды в подземную кавернозную группу предотвращено, при этом радиоактивные жидкие отходы сдерживаются в заданной области, таким образом дополнительно повышая обеспечение безопасности атомной электростанции, когда случаются крупные аварии.

[0032] Кроме того, непроницаемый слой Z выполнен с возможностью предотвращения просачивания природной грунтовой воды в подземную кавернозную группу, понижения давления просачивания грунтовой воды и обеспечения устойчивости окружающей породы шахты реактора. Гидравлическое соединение между водой внутри и снаружи подземной кавернозной группы блокируется посредством непроницаемого слоя, и подземные жидкие отходы находятся в области осушения породного массива. Непроницаемый слой Z удален на 25 м от подземной кавернозной группы. Непроницаемый слой содержит множество слоев вторых дренажных штолен Z₂ и вторых дренажных скважин Z₁. Вторые дренажные скважины пробуриваются во вторые дренажные штольни и взаимно соединяются. Расстояние между вторыми дренажными скважинами Z₁составляет от 1 м до 2 м. Непроницаемый слой Z полностью закрыт.

[0033] Каждая из подобластей нижнего слоя непроницаемого слоя Z и дренажного слоя S₃ предусмотрена со специальным рвом, трубой, скважиной, каналом, бассейном, емкостью и связанными средствами, которые предусмотрены для сбора A просачивающейся воды. Разбавление, концентрация, добавление, устранение и т.д. просачивающейся воды планируются заранее, и просачивающаяся вода отводится в соответствии с измеренной концентрацией. Устройство хранения и устройство отведения рассчитывают величину просачивания в соответствии со столбом воды шахты реактора, проницаемостью породного массива и работой системы безопасности, таким образом обеспечивается достаточно безопасный допустимый предел.

[0034] Для мониторинга подземной миграции радиоактивных жидких отходов, создаваемых в подземной атомной электростанции, множество точек B мониторинга размещено в нескольких областях системы безопасности. Точки мониторинга представляет собой скважины или каналы. Кроме того, система C визуализации для детектирования, передачи и сообщения размещена в точках мониторинга. Система визуализации выполнена с возможностью осуществления мониторинга в режиме реального времени состояния и радиоактивности грунтовой воды и принимает меры в соответствии с результатами.

[0035] Вышеприведенные конструкции обеспечивают подземную атомную электростанцию с множеством защитных экранов: внутренняя футеровка S₁, первый заполняющий трещины слой S_2-1, дренажный слой S₃, второй заполняющий трещины слой S_2-2 от центра шахты реактора к внешнему породному массиву. В комбинации с природной защитой породного массива, радиоактивные жидкие отходы, создаваемые во время крупных аварий, например аварии с расплавлением активной зоны реактора, вызванной повреждением защитной оболочки, во время которого шахта реактора заполняется охлаждающей водой, герметизируются в безопасной области, где радиоактивные жидкие отходы обрабатываются в соответствии со стандартом безопасности и отводятся. Следовательно, подземная миграция и просачивание радиоактивных жидких отходов эффективно предотвращаются.

[0036] Эквивалентная квазитрехмерная модель, использующая непрерывную пористую среду с трещинами на симулированном месте подземной атомной электростанции, строится для анализа обеспечения безопасности. В условии землетрясения, влияние внутренней футеровки S₁ не учитывается (ввиду допустимого предела безопасности). Рабочие условия содержат: 1. нормальную работу; 2. проектная авария; 3. крупная авария, не вызванная землетрясением (повреждение защитной оболочки, и шахта заполняется охлаждающей водой с глубиной 20 м для предотвращения аварии с расплавлением активной зоны реактора); 4. крупная авария, вызванная землетрясением.

[0037] Как проанализировано из результатов: 1. При нормальной работе, проектной аварии и крупной аварии, не вызванной землетрясением, гидравлическое соединение между радиоактивными жидкими отходами, создаваемыми подземной атомной электростанцией, и водой окружающей породы полностью исключается, таким образом отсутствует просачивание радиоактивных жидких отходов. Система безопасности работает таким образом, чтобы образовывать область осушения в подземной кавернозной группе и обеспечивать стабильные и хорошие рабочие условия окружающей породы шахты реактора (как показано на фиг.2). 2. При крупной аварии, вызванной землетрясением, защитная оболочка повреждается, и шахта реактора заполняется охлаждающей водой с глубиной 20 м для предотвращения аварии с расплавлением активной зоны реактора. В области осушения подземной кавернозной группы, образуется небольшая область просачивания вблизи шахты реактора, при этом небольшая область просачивания не имеет гидравлического соединения с окружающей областью просачивания (как показано на фиг.3). Радиоактивные жидкие отходы, высвобождаемые из шахты реактора в окружающую породу, составляют только 0,60 м³/ч. Радиоактивные жидкие отходы исключаются посредством непроницаемого заграждения, дренируются посредством дренажного заграждения и собираются и обрабатываются, таким образом небольшое количество радиоактивных жидких отходов сдерживается и обрабатывается в защитной области, предотвращая крупномасштабную миграцию радиоактивных жидких отходов и придерживаясь концепции многослойной безопасности.

Изобретение относится к системе безопасности подземных атомных электростанций, и более конкретно, к системе безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов. Система безопасности подземной атомной электростанции содержит защитный слой (S) шахты реактора, при этом защитный слой (S) содержит внутреннюю футеровку (S₁), дренажный слой (S₃) и заполняющий трещины слой (S₂). Непроницаемый слой (Z), в котором внутренняя футеровка выполнена с возможностью предотвращения экзосмоса внутренней воды. Дренажный слой выполнен с возможностью сбора и дренажа просачивающейся воды. Шахта реактора окружена внутренней футеровкой, дренажным слоем и заполняющим трещины слоем. Непроницаемый слой (Z) размещен по периферии подземной кавернозной группы. Подземная кавернозная группа содержит шахту реактора и вспомогательную шахту. Непроницаемый слой выполнен с возможностью изоляции подземной кавернозной группы от природной грунтовой воды. Технический результат состоит в обеспечении эффективности системы безопасности подземной атомной электростанции от подземной миграции радиоактивных жидких отходов. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Система безопасности подземной атомной электростанции, содержащая:

защитный слой (S) шахты реактора; при этом защитный слой (S) содержит внутреннюю футеровку (S₁), дренажный слой (S₃) и заполняющий трещины слой (S₂);

непроницаемый слой (Z);

в которой

внутренняя футеровка выполнена с возможностью предотвращения экзосмоса внутренней воды; дренажный слой выполнен с возможностью сбора и дренажа просачивающейся воды; шахта реактора окружена внутренней футеровкой, дренажным слоем и заполняющим трещины слоем;

непроницаемый слой (Z) размещен по периферии подземной кавернозной группы; подземная кавернозная группа содержит шахту реактора и вспомогательную шахту; и непроницаемый слой выполнен с возможностью изоляции подземной кавернозной группы от природной грунтовой воды.

2. Система по п.1, в которой заполняющий трещины слой (S₂) содержит первый заполняющий трещины слой (S_2-1) и второй заполняющий трещины слой (S_2-2).

3. Система по п.2, в которой шахта реактора окружена внутренней футеровкой (S₁), первым заполняющим трещины слоем (S_2-1), дренажным слоем (S₃) и вторым заполняющим трещины слоем (S_2-2) изнутри-наружу в этом порядке.

4. Система по п.3, в которой внутренняя футеровка (S₁) представляет собой железобетонную конструкцию, или внутренняя футеровка представляет собой конструкцию, объединяющую железобетон с водонепроницаемой панелью.

5. Система по п.4, в которой бетон является непроницаемым.

6. Система по п.3, в которой первый заполняющий трещины слой (S_2-1) и второй заполняющий трещины слой (S_2-2) - оба содержат цементирующие материалы в породных трещинах и породном массиве.

7. Система по п.3, в которой дренажный слой (S₃) содержит множество слоев первых дренажных штолен (S_3-2) и первых дренажных скважин (S_3-1); и первые дренажные скважины пробуриваются в первые дренажные штольни и взаимно соединяются.

8. Система по п.1, в которой непроницаемый слой (Z) содержит множество слоев вторых дренажных штолен (Z₂) и вторых дренажных скважин; и вторые дренажные скважины (Z₁) пробуриваются во вторые дренажные штольни и взаимно соединяются.