Способ космической изоляции радиоактивных отходов и удаляемый контейнер для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G21F9/36 

Изобретение относится к области способов и средств для изоляции радиоактивных отходов (РАО) атомных электростанций и других Ядерных производств в космическом пространстве.

Цель изобретения состоит в уменьшении затрат на формирование безвозвратной орбиты изоляции РАО путем обеспечения возможности их диспергирования или вакуумной сублимации с их последующим выносом солнечным ветром и световым давлением из пределов Солнечной системы, а также предотвращение разрушения контейнера в случаях нештатного выполнения программы.

При штатной реализации программы космической изоляции РАО поставленная цель достигается путем разрушения контейнера внутренним давлением радиогенных газов на гелиоцентрической орбите, поэтому в указанном способе при контейнеризации РАО в их состав вводят а-излучающие радионуклиды с периодом полураспада порядка 10...100 лет, наддува ют полость контейнера, герметизируют ее и после выхода контейнера на гелиоцентрическую орбиту

00

OJ

(

Х|

Ю

00

со

прекращают его охлаждение. Введение в состав удаляемых РАО а -излучателей обусловлено тем, что они являются источником радиогенного гелия,

Возможный состав «-излучателей на примере космической изоляции особо опасных долгоживущих РАО атомных электростанций, определяется из следующих соображений.

В отработанном ядерном топливе (ОЯТ) к числу таких долгоживущих радионуклидов относятся нептуний-237, америций-241, и 243 и кюрий-245, 246, 247 и 248, Однако из-за большого периода полураспада их газовыделение ничтожно, вместе с тем указанные актиноиды присутствуют в отходах в смеси с другими своими изотопами, разделение которых является крайне дорогостоящей операцией, Проведенные оценки показывают, что радионуклиды с периодом полураспада, существенно меньшим одного года, хотя и обеспечивают большое газовыделение, за период космической изоляции вплоть до завершения формирования безвозвратной орбиты успеют значительно распасться и в случае задержки реализации космической изоляции РАО эти радионуклиды просто не успевают сработать. С другой стороны, согласно выполненным оценкам, для радионуклидов с периодом полураспада, существенно большим 100 лет, из-за недостаточного выхода радиогенных газов разрушение контейнера наступит много позднее окончания формирования гелиоцентрической орбиты. Так, время между снаряжением контейнера РАО и запуском ракеты-носителя может составлять от недели до полугода. Вывод на околоземную опорную орбиту и удаление контейнера из сферы действия Земли, как правило, не превышает нескольких суток, а продолжительности процесса формирования круговой гелиоцентрической орбиты зависит от тяги применяемых двигателей и может составить от нескольких суток {большая тяга) до полутора лет (малая тяга). Кроме того, целесообразно учесть минимальный контрольный срок пребывания РАО на орбите изоляции в контейнеризованном виде, месячный срок представляется достаточным для этого, В результате можно заключить, что разрушение контейнера при штатной реализации программы должно происходить через 0,2...2 года после его снаряжения РАО.

Введение в состав РАО а -излучателей с указанными периодами полураспада приводит к необходимости принудительно охладить контейнер, поэтому прекращение его охлаждения по завершении формирования безвозвратной орбиты будет способствовать его разрешению по двум причинам. Нагрев контейнера, с одной стороны, приведет к увеличению давления радиогенных газов, а с другой - понизит прочностные характеристики контейнера. Наддув полости контейнера после его снаряжения позволяет уменьшить потребное для разрушения количество радиогенных газов.

Уровень давления такого наддува будет определяться конструкцией контейнера, но не должен превышать 0,1...0,2 предельного. Изменяя давление наддува, можно регулировать время разрушения контейнера на орбите изоляции РАО.

. Для исключения разрушения контейн.. ра с РАО внутренним давлением радиогенных газов в случае длительной задержки реализации космической изоляции РАО необходимо периодическое дренирование полости контейнера, а в случае возникновения нештатных ситуаций, приводящих к аварийному возвращению контейнера в сферу действия Земли или к невыходу его из этой

сферы, сразу по выявлении аварийной ситуации следует необратимо сообщить полость контейнера с окружающей средой. Последнее необходимо, поскольку при падении контейнера (естественно, он подразумевается неразрушенным при ударе) на грунт или в воду он может быть необнаружен достаточно долгое время.

Цель изобретения в предлагаемом удаляемом контейнере достигается тем,

что оболочка контейнера образует дополнительную полость и снабжена канавами на внутренних стенках оболочки, соединенными с дополнительной полостью, эа- правочно-дренажным клапаном, и

нормально-закрытым пироклапаном. В основной полости без зазоров со стенками основной полости и друг с другом установлены один или несколько брикетов отвер- жденных РАО. Суммарный объем

дополнительной полости вместе с полостями клапанов и канавок составляет порядка 102...103 см3 на тонну РАО. Дополнительная полость является мерным объемом, позволяющим осуществить разрушение контейнера в заранее прогнозируемый период времени. Канавки на стенках оболочки являются магистралями, соединяющими малые объемы в основной полости с мерным объемом и способствуют выравниванию давления радиогенных газов во всех полостях контейнера.

Для оценки мерного объема учитывается выход гелия из типичной для ОЯТ смеси изотопов америция и кюрия, которая генерирует 1011 атомов гелия в секунду из грамма смеси. Учитывая изотопный состав рассматриваемых актиноидов (кроме кю- рия-242, имеющего период полураспада менее полугода, не пригодного для решаемой задачи) можно сделать вывод, что одна тонна РАО за год генерирует 20..25 г гелия.

На чертеже представлен удаляемый контейнер для космической изоляции радиоактивных отходов.

Удаляемый контейнер содержит оболочку 1. полость 2, заполненную брикетами 3, отвержденных РАО, систему охлаждения контейнера 4 и дополнительную (мерную) полость 5. Оболочка 1 контейнера снабжена канавками 6 на ее внутренних стенках 7. Канавки 6 соединены с дополнительной полостью 5 для формирования внутри контейнера единой мерной полости. Контейнер снабжен также заправочно-дренажным клапаном 8 для наддува полости контейнера и сброса избыточного давления радиогенных газов в этой полости и нормально закрытым пироклапаном 9 для необратимого сообщения полости контейнера с окружающей средой сразу по выявлении аварийной ситуации, приводящей к возвращению контейнера в сферу действия Земли или к невыходу его из этой сферы. Брикеты 3 отвержденных РАО размещены в основной полости 2 контейнера без зазоров со стенками основной полости 2 и друг с другом.

Целесообразность использования предлагаемой группы изобретений при космической изоляции:РАО обусловлена тем, что для разрушения контейнера не требуется выведение вместе с ним взрывных устройств, которые и уменьшают относительную массу удаляемых РАО, и создают угрозу несанкционированного взрыва при авариях.

Формула изобретения 1. Способ космической изоляции радиоактивных отходов (РАО), включающий отверждение, контейнеризацию и охлаждение РАО, их удаление из сферы действия Земли и последующее формирование безвозвратной орбиты изоляции РАО, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат на формирование безвозвратной орбиты изоляции РАО путем обеспечения

возможности их диспергирования или вакуумной сублимации на гелиоцентрической орбите с последующим выносом солнечным ветром и световым давлением за пределы Солнечной системы, при контейнеризации

РАО в их состав вводят а-излучающие радионуклиды с периодом полураспада порядка 10-100 лет, наддувают полость контейнера, герметизируют ее, а после выхода контейнера на гелиоцентрическую орбиту прекращают его охлаждение.

2.Способ по п.1,отличающийся тем, что, с целью исключения разрушения контейнера с РАО внутренним давлением радиогенных газов в случае задержки реализации космической изоляции РАО, периодически дренируют полость контейнера.

3.Способ по пп.1 и 2, от л и ч а ю щи й- с я тем, что, с целью исключения разрушения контейнера с РАО внутренним давлением радиогенных газов в случае возникновения нештатных ситуаций при изоляции РАО, приводящих к аварийному возвращению контейнера в сферу действия Земли или к невыходу его из этой сферы,

сразу по выявлении аварийной ситуации необратимо сообщают полость контейнера с окружающий средой.

А. Удаляемый контейнер для космической изоляции радиоактивных отходов,

содержащий оболочку, полость для отвержденных РАО и систему охлаждения контейнера, отличающийся тем, что в оболочке контейнера образована дополнительная полость и. она снабжена канавками на внутренних стенках оболочки, соединенными с дополнительной полостью, заправочно-дренажным клапаном и нормально закрытым пироклапаном, причем суммарный объем дополнительной полости вместе с полостями клапанов и канавок, а также пустот в полости для отвержденных РАО после их установки выбран в диапазоне 102-103 см на 1 т РАО.

i