Способ захоронения твердых высокоактивных отходов в геологических формациях Советский патент 1993 года по МПК G21F9/24 

Изобретение относится к защите окружающей среды, а именно к обезвреживанию твердых высокоактивных отходов путем включения их в металлические матрицы непосредственно в хранилищах, размещенных в различных геологических формациях. Наиболее эффективно предлагаемый способ может быть использован на специальных пунктах захоронения.

Известен способ обработки высокоактивных отходов с последующим включением их в металлическую матрицу, заключающийся в том, что кальцинированные или остеклованные радиоактивные отходы включают в металлическую матрицу в экранированном, снабженном радиационной защитой металлическом контейнере с последующим направлением его на захоронение, причем подача матричного металла в контейнер осуществляется различными способами, одним из которых является заливка радиоактивных отходов расплавом матричного металла.

Недостатками данного способа являются радиационная опасность для обслуживающего персонала, невозможность увеличения удельной активности захораниваемого продукта в объеме матрицы за счет опасности роста температуры матричного металлоблока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ включения радиоактивных отходов высокого уровня активности в металлические матрицы, заключающийся в том, что отработавшие источники ионизирующего излучения (ОИИИ) размещают в хранилище колодезного типа и включают в металлическую матрицу .на основе свинца и его сплавов. Включение ОИИИ в металл проводят непосредственно в хранилище порциями, т.е. проводят послойную фиксацию ОЙЙИ в объеме металлоблока. Включение проводят до полного заполнения обьема хранилища.

Недостатками данного способа являются повышенная радиационная опасность дяя окружающей среды за счёт выделяемой тепловой энергий распада радионуклидов, что может привести к расплавлению, перегреву расплава металлической матрицы и возможности ее проникновения в расплавленном состоянии в окружающую среДу, невысокая удельная активность захораниваемых отходов в объеме хранилища.

Целью изобретения является повышение безопасности хранения высокоактивных отходов за счет увеличения эффективности теплоотвода выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов и предотвращения контактов радионуклидов

со стенками колодца при одновременном - повышении экономичности способа путем увеличения удельной захораниваемой активности в объеме колодца.

Поставленная цель достигается путем

бурения вертикального колодца в различных водонепроницаемых геологических формациях, снабженного расположенными по поверхности радиаторными выемками,

0 после чего на дне пробуренного колодца устанавливают металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенками колодца. В указанной емкости размещают твердые высокоактивные отходы, а затем

5. осуществляют подачу расплавленного матричного металла в перегретом сверх его температуры плавления на 200-250°С состоянии, после чего все операции повторяют до полного заполнения сетчатой

0 емкости.

На чертеже показана конструкция колодца для реализации способа.

Способ осуществляют следующим обра- ; зом. .: ..;. / ..; .;.

5 в вертикально пробуренном колодце размерами 0,2 м d 9,5 м, 1 м h 10 м, находящемся в геологической формации (каменная соль, базальт, гранит, гнейс, глина), выполняют радиаторные выемки. Наи0 более эффективным является расположение радиаторных выемок в виде вертикальных радиально-щелевых 1 и/или кольце-щеле вых 2 выемок, расположенных по всей высоте колодца 3. Указанная геометрия выемок

5 является наиболее предпочтительной в сравнении с другими конфигурациями, например ежеобразными игольчатыми выемками, по причине того, что содержащаяся в водонепроницаемой породе влага для

0 предлагаемой формы выемок оказывает минимальное коррозионное действие.

В колодце размещают металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенкой колодца. После размещения емко5 ети в нее подают партию твердых высокоактивных отходов с активностью от 1 до 30 тыс. Ки. затем заливают расплавленным металлом (свинец) с температурой выше температуры плавления на 200-250°С а

0 количестве, необходимом для .полного включения всей партии отходов, после чего все операции повторяют до полного заполнения сетчатой емкости.

В процессе заливки происходит запол5 нение обьема колодца и радиаторных выемок металлическим расплавов с одновременной фиксацией высокоактивных отходов в обьеме матричного металла. В процессе фиксации высокоактивных отхо- дрв происходит образование радиаторной

теплоотводящей поверхности, обеспечивающей повышенную эффективность теплоот- вода в окружающую среду выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов, а также образование дополнительного за- щитного барьера, препятствующего миграции радионуклидов в окружающую среду.. Последовательность данных операций повторяют до полного заполнения сетчатой емкости.

Выбор геологической формации, в которой происходит бурение вертикального колодца, определяется условиями безопасности последующего долговременного хранения высокоактивных отходов: Доста- точная прочность породы, ее водонепроницаемость и Т;Д. С учетом этих требований наиболее приемлемыми являются: каменная соль, гранит, базальт, гнейс, глина;

Процесс заливки высокоактивных отхо- дов проводится при перегреве матричного металла на 200-250°С, что является обяза тельным условием для достижения постав- яенной цеди, так как при перегреве матричногометалла сверх его температуры плавления на температуру 200°С происхо- дит быстрая кристаллизация металла, что может служить препятствием для заполнения радиаторных выемок. Перегрев 250°С энергетически нецелесообразен. При за- ливке высокоактивных отходов, размещённых в металлической сетчатой емкости, в объеме колодца возможно нарушение равномерности распределения высокоактивных отходов в металлической матрице, а именно за счет ударного воздействия падающей струи расплавленного металла часть высокоактивных отходов может концентрироваться по внутреннему периметру металлической сетчатой емкости. Существенной опасности для окружающей среды это не представляет, поскольку металлическая сетчатая емкость препятствует возможности контакта высокоактивных отходов со стенками колодца, однако с точки зрения недопущения нерационального использования объема хранилища наиболее предпочтительной является геометрия колодца, определяемая следующими условиями

1 м f 10 м, 0.2 м d 0,5м.

где h - высота колодца;

d-диаметр колодца.

При соблюдении указанных условий неравномерность распределения высокбак..-..:..- . . - -

тивных отходов в объеме металлоблока является минимальной.

Экспериментальными данными установлено, что при h 10 м и d 0,5 м в процессе заливки расплавленным металлом радиоактивных отходов наблюдается неравномерность их распределения по объему, связанная с ударным действием струи, расплавленного матричного металла. Концентрации отходов в центре и по периметру сетчатой емкости соотносится (в относительных единицах, определенных на основе замера температур в указанных зонах) как 1:(5-7). Если же h 1 м, a d 0,2 м, то концентрация высокоактивных отходов настолько велика, что матричный металл, количество которого сравнительно невысоко из-за малых размеров хранилища, находится в расплавленном состоянии, что недопустимо. Соотношение концентраций от центра к периметру сетки составляет в среднем 1 :(1,2-1,4), что является допустимым, так как не приводит к локальным перегревам, которые могут расплавить матрицы, и не оказывает сколь-нибудь значительного влияния на скорость выщелачивания (изменение скорости выщелачивания в зависимости от изменения концентраций находится в пределах одного порядка, что не является существенным).

Расположение радиаторных выемок по всей высоте колодца обеспечивает эффективный теплоотвод в окружающую среду тепловой энергии распада, выделяемой радионуклидами, что предохраняет матричный металл с включенными высокоактивными отходами от расплавления.

Предложенный способ позволяет разделить отдельные металлоблоки горной породой, а также подобрать такие условия хранения, которые отвечают безопасному захоронению. Увеличение суммарно-захораниваемой активности возможно за счет улучшения тепяофизических параметров, создания дополнительного защитного барьера и выбора геологических формаций с параметрами, удовлетворяющими безопасному долговременному захоронению.

(56) Патент ФРГ I 2731548, кл.С21 F 9/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1184382,кл. G 21 F 9/28, 1984.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я

1. СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ В ГЕОЯО- ГИНССКИХ ФОРМАЦИЯХ, включающий бурение вертикального колодца в геологической формации, послойное размещение высокоактивных отходов в объеме пробуренного колодца и послойную их заливку расплавом матричного металла на основе свинца и его сплавов, отличающийся тем, чтог с мелью гювышения безопасности хранения высокоактивных отходов за счет увеличения эффективности теплоотвода выделяемой тепловой энергии распада радионуклидов и предотвращения контакта радионуклидов со стенками колодца при Одновременном повышений экономичности способа путем увеличения удельной за- хораниваемой активности в объеме колодца, на цилиндрической поверхности

0

5

колодца выполняют радиаторные выемки, в объеме колодца размещают металлическую сетчатую емкость, не соприкасающуюся со стенками колодца, где размещают твердые высокоактивные отходы, а заливку расплавом матричного металла проводят при температуре не менее чем на 200 С выше температуры плавления самого метая- ла. .. .- ; ..- . :;; . -./..:, .. -,. -:

2.Способ по п.1, отличающийся тем, что размеры колодца определяются следующими характеристиками:

.. 1м Ь 1 CfM/ ;.- . .,: ;. . Г . ;

Oi2MSd 0,5M, где h - высота колодца; d - диаметр колодца.

3.Способ ffo п.1, отличающийся тем, что радиаторные выемки представляют собой радиально-щелевые и/или кольце-ще- левые выемки.

Изобретение относится к защите окружающей среды, а точнее к обезвреживанию твердых высокоактивных отходов на специальных станциях захоронения При вктаочении высокоактивных отходов в металлические матрицы получают развитую поверхность металлобпока. Для этого на цилиндрической поверхности колодца для захоронения выполняют радиаторные выемки. В объеме колодца размещают металлическую сетчатую конструкцию, не соприкасающуюся со стенками колодца где размещают твердые высокоактивные отходы и заливают расплавом матричного металла. 2 злф-пы, 1 ил.