Подземное хранилище для размещения радиоактивного и другого материала Советский патент 1985 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к системам, предназначенным для хранения радиоактивного материала в подземных хранилищах, а именно к хранилищам для долговременного сохранения в них отработанного топлива ядерных реакторов и радиоактивных отходов, которые получаются при переработке упомянутого ядерного топлива. Цель изобретения - обеспечение надежности хранения. На фиг, показан первый вариант хранилища, вертикальный разрез; на фиг.2 - второй вариант хранилища, в котором внутренняя полость тела из коренной породы проходит до уровня поверхности коренной породы, вертикальный разрез; на фиг.З - третий вариант с более эффективны отводом тепла, вертикальный разрез; а фиг.4 - одно из сферических тел, вьшолненных из бетона и заполняющих внутренность полого тела. В монолите породы 1 размещается хранилище, находящееся на определенной глубине от поверхности 2 земли. В породе вырывают полорть 3, внутри .которого размещают полое тело 4, изготовленное из бетона, внутренняя полость которого содержит достаточное пространство для размещения радиоактивного материала, при. этом в любой точке внешняя поверхность поло го тела 4 пространственно удалена от стенок полости 3, Пространство между стенкой полости 3 и полым телом 4 за полнено глиной 5. Полость 3 целиком окружена оболоч кой 6 из коренной породы, которая в свою очередь отделена со всех сторон зазором 7 от монолита.коренной породы 1. Зазор 7 также заполнен глиной 8. Полость 3 и оболочка 6 предпочтительно имеют круглую форму. Выполненное из бетона полое тело 4,-которое имеет эллипсоидальную фор му, снабжено отверстием, расположенным в верхней его части, которое сообщается посредством ствола 9 с горизонталышм туннелем 10. Через туннель 10 и ствол 9 -радиоактивный материал может передаваться в полое тело 4. Ствол 1I направлен вверх к горизонтальному тyIiнeлю 10 и предназначен для осмотра хранилища. Персонал, осуществляющий контроль за хранилищем, может быть.опущен вниз через ствол 11 для визуальной инспекции внутренней полости полого тела 4. Наблюдение можно осуществлять также с с помощью Телевизионной системы. Вертикальный ствол 12 проходит через оболочку 6 из коренной породы вверх к горизонтальному туннелю 10. В стволе 12 установлены измерительные приборы (не показаны), предназначенные для определения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эти измерительные приборы могут соединяться с помощью проводов, проходящих по стволу 9 и тун-, нелю 10, с показываюя ими устройствами, размещенными в пункте наблюдения и контроля, В монолите коренной породы -1 вне пределов хранилища могут быть предусмотрены дренажные туннели 13, расположенные по окружности вокруг хранилища. Назначением этих дренажных туннелей 13 является отведение грунтовых вод, которые могут находиться в коренной породе за пределами храHtmHuia. Скважина14 проходит от дре- важных туннелей 13 к поверхности 2 земли. .. Горизонтальный туннель 10 может сообщаться непосредственно с предприятием, осутцествляющим регенерацию отработанного ядерного горючего, поэтому в данном случае уменьшается опасность радиоактивного- заражения, имеющая место при транспортировке радиоактивных отходов. Система снабжена соответствующими подъемными и транспортными средствами для перемещения радиоактивных отходов по стволу 9 и распределения отходов в пространстве внутри полого тела 4, выполненного из бетона. Создание системы может быть осуществлено путем использования известных способов экскавации земли. Прежде всего делают рабочие и транспортные туннели, пробуриваемые в породе до того места, где должны будут размещаться полость 3 и оболочка 6. Экскавация полостей осуществляется снизу вверх. Зазор 7 наполняют глиной сразу же после того, как из него Удалена порода. Глину подают под давлением, так что при этом в ней не остается никаких пустот. В области (фиг. 1 пунктирные линии 15), примь кающей к дну зазора 7, глИну необхо- димо стабилизировать путем добавления

31

в нее подходящего стабилизирующёгб . реагента, это необходимо для того, чтобы она выдерживала более прочно . давление оболочки 6 из коренной породы. Когда вырыта полость 3, дно ее заполняют глиной до определенной высоты. Затем изготавливают полое тело 4 из бетона и соединяющие стволы 9 и 11. После затвердевания бетона и размещения на внешней поверхности полого тела 4 из бетона изолирующего слоя пластика пространство между полым телом 4 из бетона и стенками полости 3 целиком заполняют глиной. Когда структура хранилища полностью завершена, упомянутые рабочие и транс портные туннели могут быть залиты бетоном .

Трещины и разрьгеы, которые могут иметь место в коренной.породе вблизи местонахождения двух полостей, закрывают путем подачи в них бетона.

Если имеютместо смещения или опускания породы вне хранилища, то .. эти перемещения прежде вызывают деформацию глины 8 в зазоре 7. Если толщина этой глиняной оболочки достаточна, то деформация не передается следующим оболочкам. Если же деформация будет такой силы, что захватит даже оболочку 6 из коренной породы, то силы, вызывающие деформацию, поглощаются слоем глины 5 в пространства между стенкой полости 3 и полым телом 4. Расположенное внутри всей системы полое тело 4 из бетона имеет предпочтительно эллипсообразную или сферическую форму, обеспечивающую очень высокую сопротивляемость воздействию напряжений, действующих на нее извне, поэтому даже деформации очень сильной амплитуды, например деформации, вызываемые землетрясением, не могут воздействовать на подобную систему таким образом, чтобы разрушилось полое тело 4 из бетона.

Во втором варианте хранилища . (фиг.2) зазор 7 доходит до поверхности земли 2. Горизонтальное се чение зазора 7 предпочтительно имеет форму трубки.

На поверхности земли зазор 7 зак.- рыт. слоем бетона 16, препятствующим

выдавливанию на поверхность глины 8,.

Слой бетона 16 делают весьма толстым iдля того, чтобы предотвратить также

врзможность намеренного повреждения

системы.

08 - 4

Второй вариант (фиг.2) особенно предпочтителен для тех случаев, когда уровень грунтовых вод в породе, окружающей усранилище, очень высок,- Оболочка 6, состоящая из коренной породы, ;расположенная внутри зазора 7,,заполненного глиной 8, может иметь систему дренажа ц так что в ней не остает, ся никаких грунтовых вод, а оболо.чка f из глины 8 эффективно пр впятствует проникновению грунтовых вод из находящейся с внешней стороны от нее моног лита коренной породы 1 в систему.

В третьем варианте хранилища (фиг. 3 и 4теш1О, образующееся под воздействием находящегося на хранетш радиоактивного материала, распределяется и рассеивается простым и эффективным способом.

Хранилище ( фиг.3 - 4) может размещаться в монолите коренной поррДЫ 1 на определенной глубине ниже уровня земной поверхности 2. Эта глубина

может соответствовать. например. 300-600 м. В монолите коренной породы 1 выбирается полость, и g этой полости остается оболочка 6 из коренной породы. Зазор 7 между оболочкой 6 и монолитом коренной породы 1 заполнен глиной В, которая образует оболочку, закрывающую оболочку 6 из коренной породы. Оболочка 6 из коренной породы устанавливается в определенное положение по отношению . к находящемуся снаружи монолиту коренной породы 1 с помощью опорных элементов 17, которые могут состоять из ус5шеиного бетона или оставшейся породы.

Оболочка 6 из коренной породы содержит полость 3, имеющую сферическую форму и сообщающуюся посредством вертикального ствола 9 с горизонтальным туннелем 10, который расположен. вблизи уровня поверхности земли 2. Полость 3 и ствол 9 окаймлены усиленным бетоном 18.

Полость 3 содержит пространство, в котором размещается радиоакт1шный материал. Внутри полости 3 устанавливается вертикально цилиндрическийэлемент 19, выполненный из усиленно,.го бетона. В нижнем конце щшиндри-ческого элемента 19 предусмотрены два ряда вентиляционных отверстий 20. выполненных по периферии. Вблизи верхней части цилиндрического элеменг та 19 предусмотрен ряд отверстий 21,

нанесенных также по периферии стенки. Цилиндрический элемент 19 опирается своим нижним концом на дно полости 3, в то время как его верхний конец установлен на некотором расстоянии от ее верхней части. Таким образом, цилиндрический элемент 19 делит полость 3 на внешнее пространство между внешней поверхностью цилиндрического элемента 19 и стенкой полости З.и на внутреннее пространство, образованное, внутренней полостью цилиндрического элемента 19. Эти пространст ва сообщаются одно с другим через в.ентиляционные отверстия 20 в нижнем конце и через открытый верхний конец цилиндрического элемента 19 и ртверсг тия 21.

Пространство в полости 3, которое е занято цилиндрическим элементом 19, наполняют сферическими телами 22. (фиг.4)выполненными в форме шаров и изготовленными из бетона, причем все они имеют одинаковые диаметры. Сферическое тело снабжено рядом сквозных отверстий 23 (в данном случае три).Сквозные отверстия 23 выполнены в форме прямых цилиндров, причем они размещены таким образом, что линии, проходящие через их центры, находятся в вершинах равностороннего треугольника. Каждое сферическое тело 22 снабжено крюком или выступом 24, который прикреплен к шару

и с помощью которого шар можно поднимать или опускать. Сферические тела 22 помещаются в полости 3 таким образом, что проделанные в них сквозные отверстия 23 располагаются под определенным углом к горизонтальной плоскости. Этот угол выбирается таки образом, что сквозные отверстия 23 заканчиваются в пространствах, находящихся между сферическими телами 22, Крюк или выступ 24 установлен относительно сквозных отверстий 23 таким образом, что когда сферическое тело 22 опускают в полость 3, зацепи его за крюк или выступ 24, сквозные отверстия 23 автоматически устанавливаются в требуемом направлении.

Радиоактивный материал, предназначенный для размещения в хранилище находится в твердом виде и имеет форму стержней. Таким образом, отработанные элементы и кассеты топливных элементов, извлеченные из ядерного реактора, могут храниться без всяк

последующей обработки в предлагаемом ранилище.

Стержни радиоактивного материала подаются в сквозные отверстия 23 для размещения в некоторых Сферических телах 22, а именно в тех из них, которые размещаются внутри цилиндрического элемента 19, и предпочтительно только в тех, которые находятся внижней части внутреннего пространства цилиндрического элемента 19. Целесообразно цилиндрический элемент 19 заполняется сферическими телами 22, содержащими радиоактивный материал, только на одну треть своей высоты. Стержни радиоактивного материала помещаются в сквозные отверстия 23 в сферических телах 22 таким образом, что стержни пространственно удалены от внутренней поверхности сквозных отверстий 23, что обеспечивает свободную циркуляцию воздуха через сквозные отверстия 23 вдоль стержней радиоактивного материала. На фиг.4 некоторые стержни топливных элементов 25 помещены в сквозные отверстия 23 сферических тел 22. .Стержни топливных элементов 25 уложены внутри отверстий 23 с помощью подходящих для этих целей опорных устройств (не показаны).

Строительство хранилища может быть осуществлено путем проведения взрывHbix работ по известной методике. Внутреннюю полость 3 необходимо облицевать внутри значительно усиленным бетоном. Бетонный цилиндрический элемент 19 изготавливают путем заливки бетона на то место, где он должен находиться, внутри полости 3. Пространство с внешней стороны цилиндрического элемента 19 заполняется бетонными сферическими телами 22, которые опускаются туда через ствол 9. Бетонные сферические тела 22, содержащие радиоактивный материал, размещаются на дне цилиндрического элемента 19, и над ними размещаются сферические тела 22, которые не содержат радиоактивного материала .

Ствол 9 выходит нижним своим концом непосредственно над верхним отверстием цилиндрического элемента 19. Если имеется необходимость, сферические тела 22 можно легко вынуть из внутреннего пространства цилиндричеся кого элемента 19, что может оказаться желательным, например, в том случае, когда хранимый в них радиоактивный материал необходимо вынуть для регене рации.л. В хранилище (фиг.З и 4) воздух, находящийся в нижней части цилиндрического элемента 19, нагревается под воздействием тепла, испускаемого радиоактивным материалом, и поднимается внутри этого элемента до самого ег верха, а там направляется через отверстия 21 в верхней части в сторону стенки полости 3, где он охлаждается и стекает вниз в пространство, расположенное между цилиндрическим элементом 19 и стенкой полости 3. После этого.воздух вновь поступает в цилинд-рический элемент 19 через вентиляцион ные отверстия 20 в нижней его части, контактирует с радиоактивным материалом, снова подогревается, а затем цикл повторяется. Воздух протекает через пространство между сферическими 808 ,8 телами 22 и через сквозные отверстия 23 в этих телах. Таким образом, сферические тела 22 действуют в качестве пористой массы, которая обеспечивает относительно свободное и быстрое перемещение воздуха и одновременно препятствует возможности сжатия и обрушивания полости под воздействием значительных внешних сил. Таким образом, предлагаемое хранилище может обеспечить безопасное разт мещение радиоактивных отходов в течег ние периода времени, достаточно длинного для того, чтобы уровень радиащш этих материалов снизился до безопасного уровня.. Кроме того, хранилище может также использоваться для размещения в нем .. и других материалов, не являкяцихся радиоактивными отходами.

Ё- f f I/f f f f ffftftft f ...7. .7. .7. т..г.7Г:тТ.

76

иъ.2

ФигЛ

ZJ

23

21