Хранилище для радиоактивных материалов в скальной породе Советский патент 1988 года по МПК G21F9/36 

СО

см

рального туннеля отходят входные туннели по направлению к внутренним частям хранилища. Изобретение характеризуется наличием по меньшей мере одной клетки, образованной вертикальными

скважинами вокруг хранилища, предпочтительно соединяющимися со спиральным туннелем 12 ;:у1Я приема и отвода воды, подходящей к хранилищу и отходящей от него. 1 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов . Цель изобретения - повьше- ние безопасности хранения радиоактивных материалов. Хранилище содержит полый корпус 4 для размещения радио- активнь1х материалов, вокруг которого имеется скальная порода 6, в которой выполнена дополнительно еще одна полость 7, заполненная упругим материалом, разбухающим в воде. Вокруг другой полости на расстоянии от нее проходит спиральный туннель 12. От спи

1

Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов в скальной породе, в частности к хранилищам, предназначенным для ; 1олговременного хранения отработанного ядерного топлива ядер}1ых реакторов и радиоактивных отходов, получаемых при переработке отработанного ядерного топлива.

Целью изобретения является повышение безопасности хранения радиоактивных материалов.

На фиг.1 схематически изображено предлагаемое хра1шлище; на фиг.2 - хранилище, предназначенное для промежуточного хранения или окончательного захоронения радиоактивных материалов; на фиг.З - то же, внутренний объем; на фиг. 4 - сечение А-Л )ia фиг.З; на фиг.З - хранилище с множеством сборников для размещения радиоактивного материа: а; на фиг,6 - то же, с двумя сборниками для радиоактивного материала; на фиг.7 - сечение Б-Б на фиг.6; на фиг.8 - сечение В-В на фиг.6.

Хранилище размещено в породе 1 на определенной глубине под поверхностью 2 земли. В породе выполняется внутренняя полость 3, контур которой показан на фиг.. Выполненный, например, из бетона пустотелый корпус 4, внутренний объем которого образует пространство для хранения радиоактивных материалов, установлен внутри полости 3, так, что его внешние стенки отстоят от стенок полости 3. Пространство между стенками полости 3 и бетонного корпуса 4 заполнено глиной 5. Пространство внутри такого бетонного корпуса 4 предпочтительно использовать для хранения низкоактивных отходов с ограниченной тепловой нагрузкой.

г 0

Г

0

5

0

5

0

5

Полость 3 находится в скальной породе 6, которая, в свою очередь, находится во внешней полости 7, также заполненной глиной 8. В горизонтальном сечении полости 3 и 7 имеют круглую форму. В этом случае стенки внешней полости 7 образуют две концентрические окружности.

Корпус 4, имеюш ий эллипсоидную, : цилиндрическую или сферическую форму, снабжен в верхней части отверстием, которое сообщается через шахту 9 с горизонтальным туннелем 10. Радиоак- ти1зный материал может транспортиро- ца1ься по туннелю 10 и шахте 9 в пустотелый бетонный корпус 4. Внутренний .объем бетоннот о корпуса 4 разделен пе1 егородками 1 1 на несколько камер, в которые последовательно вводится радиоактизньБ материал. Некоторые камеры, распололсенные в верхней части храпилиищ, не содержат радиоактивного материала и предназначены для снижения KOHiu iiTpiinHH тепла в хранилище, Х1)аиили|це может контролироваться с помощью Т1-У1евизио1И1ой системы, камеры к отстрой размещаются в отверстиях и/или в BCpxHei i части полости 4, а мониторы расположены на расстоянии от хранилища.

В скальной породе вне места фактического хранения расположен спиральный туннель 12, который проходит от поверхности земли до нижнего уровня участка хранения. Спиральный туннель 12 выполняется для транспортиррв- ки обломков порода при строительстве хранилища, от него отходят строительные галереи и TyHHejni 13, направленные к центру хранилища. Между витка- ми спирального туннеля 12 проходят скважины 14, расположенные на расстоянии 1-2 м одна от другой. Корпус 4 разделен на несколько камер J5. Скважины 14 открываются во внешнюю стенку спирального туннеля 12 и,соединяясь,образуют множество скважин, проходящих вертикально от вершины 16 хранилища до его нижнего уровня 17. Вода, проходящая по иикро- и макротрещинам в окружающей скальной породе, по скважинам 14 проводится вокруг хранилища или к его нижнему уровьпо 17, откуда в случае необходимости может быть откачана насосами по трубопроводу J8 размещенному, в спиральном туннеле 12 В определенных случаях скважины 14 можно Заполнить взрывчаткой и подор- вать для образования трещин (предварительное раскапывание) между пробуренными скважинами. Таким способом можно получить максимальное количество трещин, ведущих к скважинам и проходящих между ними, хотя расчеты показали, что сами сквахшны образуют полностью удовлетворительный гидрологический барьер.

Показанный транспортный туннель 10 может соединяться непосредственно с предприятием по переработке радиоактивных ядерных топлив. Это снижает риск, связанный с транспортировкой радиоактивШ11х отходов. Шахты, соедн- 11енные с транспортным туннелем 10, могут выходить в сооружения для приема радиоактивных отходои. Эти сооружения могут располагаться на поверхности земли или быть заглубленными в грунт. Вертикальная шахта или ствол, проходящие вверх от туннеля 10, могут быть вьтолнены в скальной породе 6. Шахта предназначена для размеще ния устройств (не показаны) для измерения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эта измерительная аппаратура может быть соединена с соответствующими индикаторными устройствами на станции слежения посредством кабелей, проложенных в шахте 9 и туннеле 10. Измерительная апарату- ра может также быть размещена в тунне ле 12.

Хранилище может также быть оборудовано соответствующими подъемными (лифты, подъемники) и транспортными механизмами для транспортирования радиоактивных отходов по шахтам и для распределения отходов в пространстве дпя хранения в пустотелом корпусе 4. Такое подъемно-транспортное оборудование управляется дистанционно.

10

5

0

5

0

35

40

5

50

5

Хранилище может быть построено с помощью известных способов извлечения породы. Сначала в породе проходятся рабочие и транспортные туннели и стволы в том месте, где должны быть размещены указанные две полости. Взрывная проходка полостей может осуществляться снизу вверх. Внешняя полость 7 последовательно заполняется смесью бетонита и песка по мере удаления обломков породы. Бетонито- песчаная смесь трамбуется до такого состояния, чтобы в ней не оставалось пор. Глину, расположенную в нижних уровнях, можно стабилизировать, добавляя соответствующий стабилизирующий агент, например кнарцовьш песок, чтобы rJHiHa }тядежно выдерживала нагрузку массы скальной породы 6, Когда выработана полость 3, на дно этой полости закладывают бстоюттоттесчаную смесь на достаточную высоту или глубину. После этого отливают пустотелый 6eTOFiHijUi корпус 4 1зместе со связанно с ним шахтой 9. Когда бетон застынет, пространстБО между бетонным корпусом и стенками внутренней полости полностью заполняют глиной. По завершении строительства рабочие и транспортные TyiHiejiH могут быть заполнены бетоном.

Jbo6ijie тре1цины, расположснн1.1е в скальной массе рядом с нолостями, можно залить бетоном или каким-либо .уплотняющим материалом, например, пластическим.

Предлагаемое хранилище может содержать множество оболочек из различных материалов, расположенных одна в другой, например,внутренний бетонный корпус 4, первая полость 3 из бетонитопесчаной смеси, скальная порода 6 и вторая полость 7 из бетонитопесчаной смеси, которая полностью окружена породой.

Согласно варианту исполнения хранилище (фиг.2-4) содержит пустотелый корпус 4, в котором имеется открытое верхнее пространство 19, имеющее форму конуса, выполненное в скале, а внизу вьшолнен кольцевой туннель 20, Между кольцевым туннелем 20 и коническим верхним пространством 19 проходят вертикальные туннели 21 большого диаметра дпя создания вентиляционных проходов, обеспечивающих конвекционную вентиляцию и охлаждение расположенного между ними скального материала. В этом скальном материале также выполнено множество вертикальных галерей 22 меньшего диаметра, чем вертикальные туннели 21. Диаметр более узких вертикальных галерей 22 составляет примерно 1-1,5 м, а диаметр вертикальных туннелей 21 составляет 2-6 м. Вертикальные тун- нели и галереи могут быть выполнены известными способами. Радиоактивные материалы размещают в более узких вертикальных галереях 22 для получения наивысшей тепловой эмиссии в нижней части этих галерей с тем, чтобы добиться циркуляции воздуха, показанной стрелками на фиг.2. Радиоактивный материал вводится в хранилище по вертикальной шахте 23 и рас- пределяетсй по различным вертикальным галереям роботами (не показаны), контролируемыми по телевидению.

Как показано на фиг.4, туннели 2J и галереи 22 располагают по окружное- тям, в результате чего достигается максимальное охлаждение скального материала. Вследствие циркуляции воздуха в галереях 22 происходит первичное охлаждение, т.е. нагрузка на скальный материал значительно меньше чем если бы все отводилось по скальному материалу..

Как показано на фиг.З и 4, на расстоянии от пустотелого корпуса 4 рас- положена другая полость 24, которая заполнена пластически деформируемым материалом, например бетонитопесча- ной смесью.

Однако создание бетонитового барье ра необязательно (фиг.2), поскольку во многих случаях наличия внешней клетки, образованной спиральным туннелем 12 и скважинами 14, оказьшает- ся достаточным для предотвращения проникновения воды в систему.

Вокруг хранилища может быть расположен еще один барьер из пробуренных скважин 25 (фиг.2), который может быть соединен с клеткой в ее нижнем уровне для эвакуации воды, проникшей в клетку. Скважины 25 проходятся из двух кольцевых туннелей 26 и 27, расположенных на уровнях вершины и ос- кования хранилища соответственно.Под нижним уровнем 17 хранилища размещено насосное помещение 28, соединенное с ним туннелем 29.

Область вокруг скважины 25 может быть предварительно подвергнута предварительному растрескиванию.

Если скальные породы вне хранилища смещаются, оседают или подвергаются деформации, перемещения породы в первую очередь вызывают деформацию внешней заполненной глиной полости 7 или 24. Если эта полость достаточно широка, деформирующие усилия не передаются на внутреннюю оболочку в сколь-нибудь значительной степени.. Однако, если порода деформируется до такой степени, что затрагивается и скальная порода 6, деформиру1ощие усилия демпфируются внутренней глинистой оболочкой. Внутренний бетонный корпус 4, имеющий элипсоидную, цилиндрическую или сферическую форму, очень прочен и устойчив к воздействию внешнего давления, поэтому даже большие деформирующие усилия например,вызываемые землетрясениями, не могут воздействовать на хранилище в такой степени, чтобы разрушить внутренний бетонный корпус 4.

На фиг.5 показано хранилище, в котором собрано несколько корпусов 4 (в данном случае семь), расположенных в форме правильного шестиугольника с центральным участком. Каждый корпус 4 имеет диаметр 120 м и расположен ла расстоянии 120 м от соседних корпусов. Вокруг всех этих корпусов пробит спиральный туннель 12 по которому расположена первая серия 30 вертикальных скважин. Две другие серии 3 и 32 скважинных завес расположены в скальных породах на расстоянии 30 м друг от друга и на расстоянии 30 м от первой внутренней серии скважин.

На фиг.6 показано хранилище (вертикальное сечение), имеющее два корпуса 4 для хранения радиоактивных отходов. Вне двух корпусов 4 для хранения расположены разнесенные друг от друга два защитных барьера, выполненные вертикальными скважинами 33 и 34, соединенные друг с другом наклонными барьерами 35 и 36 для образования клеток. Бурение скважин, образуюпшх барьеры, осуществляется из предварительно пройденных двенадцати горизонтальных туннелей 37. Каждый корпус 4 содержит верхний горизонтальный центральный туннель 38, из которого пробурено большое количестно вертикальных скважин 39, причем эти скважины образуют пространство для хранения радиоактивного материала. Под этими скважинами проходит нижний горизонтальный центральный туннель 40, предназначенный для вентиляции хранилища. Вентиляция, кроме того, обеспечивается четырьмя вертикальными скважинами 4J большего размера, в каждом из хранилищ, а также двумя горизонтальными верхними 42 и двумя горизонтальными нижними 43 туннелями, которые сообщаются соответственно с центральными скважинами 39 и туннелями 40 через вертикальные скважины 44. Верхние 42 и нижние 43 туннели соединены также друг с другом соединительным туннелем 45.

Радиоактивный материал, подлежа- щий хранению, вводится в верхний горизонтальный туннель 38 по транспортному туннелю (не показан) и оттуда в скважины 39 роботами, контролируемыми по телевидению. Эти роботы могут обеспечить хранение радиоактивного материала и между скважинами.

Хранилище выполняется на большой глубине в скалах. Горизонтальный участок хранилища имеет диаметр около 170 м, центральный корпус хранилища, снабженный внутренним глиняным или бетонитовым барьером - около 4 м. Между этим барьером и вторфм глиняным или бетонитовым барьером находится примерно 40 м твердой скальной породы, а между этим, вторым барьером и спиральным туннелем шириной 4-8 м имеется еще один скальный барьер толщиной 15-20 м.

В зависимости от того, предназначено ли хранилище для окончательного

0

5

0

5

0

5

0

захоронения ипи для промежуточного складирования радиоактивных отходов, а также от степени вентиляции хранилища для охлаждения радиоактивного материала такое хранилище может вместить до 1500 т радиоактивного материала. Рассчитано, что максимальная температура внутри полости в скале достигает через JO-J5 лет, а за счет промежуточного складирования при хорошей вентиляции эта температура может быть значительно снижена.

Формула изобретения

f-r

V.-.-:jrT

25

± 4II

- -

(pi/e. 2

cput. 3

2

фиг.

J2

j;

JO

ф1/в.5

3f

Sut.S

5-6

2

Фиг. 7

{

/

/

/

/

/

г

/

k

k

/

/

/

(piye. 5