Захисний контейнер

Захисний контейнер, виконаний як вертикальний циліндричний стакан з двошарової оболонки, в якій як внутрішній захисний шар використаний композит з наповнювачем, а ЗОВНІШНІЙ шар оболонки виконаний з поліетилену, причому стакан обладнаний кришкою з байонетним затвором, який відрізняється тим, що як наповнювач використана суміш залізного сурику із силікатною масою і порошком вольфраму при наступному співвідношенні компонентів, мас % залізний сурик 1,5-3,0 порошок вольфраму 8-10 силікатна маса решта Винахід відноситься до переносних захисних контейнерів і призначений для транспортування радіоактивних, токсичних, легкоокисляючихся і т п продуктів у різних галузях народного господарства, де потрібно надійна, герметична тара невеликої ваги для транспортування, збереження, а при необхідності, поховання токсичних ХІМІЧНИХ і радіоактивних ВІДХОДІВ ВІДОМІ контейнери, в яких зберігаються, транспортуються і направляються на остаточне поховання в цементуємі свердловини радіоактивні відходи, що повинні мати надійну антикорозійну ІЗОЛЯЦІЮ і достатню механічну МІЦНІСТЬ, щоб довгостроково витримувати вплив водню, що утвориться при розвитку корозії, а також вплив випромінювань, температури і ХІМІЧНИХ реакцій у контейнері Крім цього, відомо, що контейнери для транспортування і збереження токсичних ХІМІЧНИХ і ни ханічній МІЦНОСТІ, корозійній СТІЙКОСТІ І радіаційному захисту Для цих цілей застосовують багатошарові контейнери В даний час використовуються багатошарові резервуари у формі паралелепіпедів, що мають прямокутний поперечний переріз чи циліндричні резервуари, що містять кільцеві порожнини для розміщення шкідливих ВІДХОДІВ Такі конфігурації мають дуже істотний недолік, що полягає втому, що корисний об'єм збереження в резервуарах подібного типу дуже обмежений Відомий контейнер для радіоактивних ВІДХОДІВ, що містить двошаровий корпус, внутрішній шар якого виконаний з бетону, ЗОВНІШНІЙ шар виконаний з армоцементу зі ступенем армування по площі перетину 3-12% (див патент РФ №2064695, МПК6 G21F5/00, опубл 27 07 96) Однак бетон недостатньо стійкий до вилуджування, не має прийнятну радіаційну і теплову стабільність, і без додаткового захисту не вирішує проблеми збереження і транспортування токсичних ХІМІЧНИХ і низькоенергетичних радіоактивних зькоенергетичних радіоактивних ВІДХОДІВ ПОВИННІ задовольняти наступним вимогам попереджати проникнення шкідливих речовин і випромінювань у навколишнє середовище, гарантувати захист обслуговуючого персоналу від випромінювання, бути придатним для транспортування і проміжного збереження, відрізнятися невеликою вагою До контейнерів тривалого збереження і поховання пред'являються більш жорсткі норми по їхній ме ВІДХОДІВ ВІДОМІ маси для виготовлення захисних бетонів [Корольов KM Виробництво бетонної суміші і розчину М, "Вища школа", 1970, С 17-22], що включають зв'язне (вапняно-кремнеземисте, шла О (О о (О 62026 ко-портланд цемент) і заповнювач (барит, магнезит, та ін) Недоліком виробів з цих захисних бетонів є низькі фізико-механічні властивості, унаслідок чого вони не можуть бути використані при виготовленні контейнерів для радіоактивних ВІДХОДІВ Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є захисний контейнер [п РФ 6 №2076360, МПК G21F1/12, G21F5/005, опубл 27 03 97], що включає корпус у вигляді вертикального стакана, що має двошарову оболонку, ЗОВНІШНІЙ шар якої виконаний з поліетилену Внутрішній шар оболонки виконаний з композита В відомому контейнері використовують композит наступного складу (мас %) полістирол-10-15, поліметилсиліконат свинцю-інше Захисні властивості відомого контейнера вище захисних властивостей контейнера, корпус якого має шар з бетону, зокрема, при шарі зі змістом 810% полістиролу, а інше-поліметилсиліконат свинцю (ПС) Однак, відома конструкція захисного контейнера володіє рядом недоліків По-перше, процентний зміст цього наповнювача в радіаційнозахисному будівельному матеріалі досить високий і складає 90-92%, що позначається на зниженні МІЦНОСТІ виробу з цього матеріалу Подруге, цей склад містить свинець, що є токсичним матеріалом і вимагає при його використанні додаткових заходів, що локалізують чи усувають цей недолік Цілком зрозуміло, це веде до подорожчання контейнера в цілому В основу винаходу поставлено задачу удосконалення контейнеру шляхом виконання його конструкції з використанням нового нетоксичного матеріалу, що володіє високою надійністю, невисокою вартістю, з утворенням оптимально використовуваного об'єму, що забезпечує тривале збереження токсичних ХІМІЧНИХ і низькоенергетичних радіоактивних ВІДХОДІВ Поставлена задача вирішується тим, що захисний контейнер, виконаний у вигляді вертикального циліндричного стакана з двошарової оболонки, в якій як внутрішній захисний шар використовується композит з наповнювачем, і зовнішнього шару оболонки, виконаного з поліетилену, і постачений кришкою з байонетним затвором, ВІДПОВІДНО ДО винаходу як наповнювач використовується суміш залізного сурику із силікатною масою і порошком вольфраму при наступному співвідношенні компо нентів (мас %) Залізний сурик 1,5-3,0 Порошок вольфраму 8-10 Силікатна маса Інше Виконання зовнішнього шару корпуса з наповнювачем у вигляді суміші залізного сурику і силікатної маси з порошком вольфраму при наступному співвідношенні компонентів (мас %), - залізний сурик-1,5-3,0, порошок вольфраму-8-10, іншесилікатна маса, -забезпечить зменшення товщини стінки контейнера, за рахунок чого збільшиться корисний об'єм, при збереженні високих радіаційної і теплової стабільності без додаткового захисту Розподіляючись ПО всьому обсязі силікатної маси сегреговані частки залізного сурику з розмірами від десятків до сотень мікрометрів додають матеріалу властивість аномально сильно (тобто з істотним відхиленням від відомої залежності Бугера) послабляти гамма-випромінювання і підвищують радіаційно-захисні властивості Унаслідок того, що сурик залізний містить масову частку окису заліза від 65-67%, відбувається ефект ВІДПОВІДНО до відкриття «Явище аномальної зміни інтенсивності потоку квантів проникаючого випромінювання моно- і багатоелементними середовищами» (Диплом №57 Міжнародної Асоціації авторів наукових відкриттів) Відкриття відноситься до фізики полідисперсних середовищ, зокрема, взаємодії з ними гамма-випромінювання Автори відкриття досліджували діапазон полідисперсних часток розміром від 10 до ЮООмкм, що широко використовується в сучасній технології і не вимагає ніяких спеціальних обмежень при виготовленні, транспортуванні, збереженні і використанні Експериментально доведено, що при взаємодії радіоактивного випромінювання з полідисперсними середовищами спостерігаються ІСТОТНІ відхилення від відомої залежності Бугера, тобто має місце ослаблення радіоактивного випромінювання Причиною цього є самоорганізація моно- і полідисперсних часток у систему енергетично взаємозалежних ансамблів завдяки сегрегації шляхом перемішування сухої багатоелементної полідисперсної суміші Силікатну масу одержують шляхом змішування піску, до складу якого входять Si2, АЮз, РегОз, ТІ2, МпО з вапняком, до складу якого входять СаО, МдОб SO3, КгО, ЫагО, ДОМІШКИ сухої породи Середні типові співвідношення вищевказаних компонентів приведені в табл 1 Таблиця 1 Склад силікатної маси Пісок % SiO 2 74,98 Вапняк СаО % 14,7 А1 2 О 3 2,35 МдО 0,62 Fe2O3 2,94 SO2 0,03 FeO 0,35 К2О 0,22 ТіО 2 0,14 Na 2 O 0,16 МпО 0,02 Домішки порожньої породи 3,77 Разом 80,5 19,5 Залізний сурик є природним залізо-оксидним пігментом і являє собою сполучення а-РегОз 65-95% по масі з домішками 5-35% S1O21 АЬОз Середні співвідношення вищевказаних компонентів у сурику залізному приведені в табл 2 (ДСТ 813574 ізм №3 марка «К») 62026 Таблиця 2 Сурик Fe2O3 рН-води % 67,46 Маслоєм 7,0 СІ SO2 Н2О Укривистість, гм Разом 0,2 0,1 0,5 14,24 100 НІСТЬ 10,0 Перед використанням сурик залізний подрібнюють і вилуджують з нього частки з розміром dcp=2,5±iMKM У порівнянні з відомим внутрішній шар, що заявляється, за рахунок складу наповнювача з компонентів низької собівартості дозволяє одержати якісно новий ефект аномально сильно послабляти гамма-випромінювання і підвищувати радіаційно захисні властивості контейнерів, зберігаючи при цьому їхню високу МІЦНІСТЬ Для визначення оптимального співвідношення компонентів у вигляді сурику залізного і силікатної маси проведені іспити МІЦНОСТІ оболонки контейнера, ВІДПОВІДНО до винаходу Результати ІСПИТІВ приведені в табл 3, з якої видно, що оптимальний зміст сурику залізного в складі складає-1,5-3,0% Таблиця З Результати ІСПИТІВ на стиск захисного контейнера з ЗОВНІШНІЙ шаром, до складу якого входить сурик залізний 0 0 МІЦНІСТЬ на стиск, МПа 15,0 1 2 3 4 5 1,8 2,0 2,5 3,0 18,0 20,0 17,0 15,0 "ел N Відсоток сурику залізного від загальної маси наповнювача 170 Для порівняння в табл 4 приведені результати аналогічних ІСПИТІВ зразків відомого контейнера, внутрішній шар якого виконаний з композита, наповненого полімерсиліконатом свинцю (ПС) З порівняння даних табл 3 і табл 4 очевидно, що при збільшенні процентного змісту сурику у наповнювачі від1,5 до 3,% МІЦНІСТЬ контейнера, ВІДПОВІДНО до винаходу, зокрема, контейнера з оболонки із суриком залізним, набагато перевищує повнювача в загальній масі складу, тим вище його захисні властивості, але й тим вищі його вага і вартість Це протиріччя вирішується в конструктивному виконанні контейнера, ВІДПОВІДНО ДО виконання оболонки стакана із шару з наповнювачем заявленого складу У табл 5 приведені порівняльні значення коефіцієнтів ослаблення гаммавипромінювання для контейнера з оболонкою при зміст пропонованого складу наповнювача у виді суміші сурику залізного, порошку вольфраму і силікатної маси і контейнера з внутрішнім шаром з наповнювачем ПС МІЦНІСТЬ відомого При цьому загальновідомо, чим з більшої КІЛЬКОСТІ шарів виконаний корпус контейнера, чим більше процентний уміст радіаційно-захисного на Таблиця 4 Результати ІСПИТІВ на стиск контейнерів із ЗОВНІШНІМ шаром із ПС N Відсоток ПС від загальної маси склаДУ МІЦНІСТЬ, МПа 0 1 2 3 4 5 0 10 ЗО 50 70 90 15,0 17,7 17,0 13,0 11,5 7,7 Таблиця 5 Коефіцієнти ослаблення в геометрії вузького пучка для наповнювача у виді суміші порошку вольфраму, сурику залізного, силікатної маси і наповнювача ПС, при ЗМІСТІ останніх у загальній масі Тип наповнювача Суміш ПС Джерело випромінювання (енергія, МэВ) Рентг трубка (0,15) Товщина, мм 20 50 90 6,6 40,50 3944 3,7 31 570 Cs-137 (0,661) Товщина, мм 20 50 90 1,56 2,66 3,57 1,45 2,54 5,55 З табл 5 видно, що радіаційно-захисні властивості контейнера, зокрема з внутрішнім шаром зі змістом сурику залізного від 1,5 до 3,0%, вище Со-60(1,25) Товщина, мм 20 50 90 1,36 2Д4 3,23 1Л 1,74 2,48 захисних властивостей шару з ПС, зокрема, із внутрішнім шаром зі змістом ПС 90% при Е=0,15МЕВ в 1,78-7 62026 8 забезпечується можливість збереження його конспри Е=0,661МЕВ в 1,1-1,4 труктивної ЦІЛІСНОСТІ при всіх можливих аварійних при Е=1,25МЕВ в 1,2-1,3 ситуаціях, для чого не потрібно використання доПри цьому, як видно з табл 3 і табл 4 МІЦНІСТЬ даткових елементів, що підсилюють чи захищають контейнера на стиск, зокрема, контейнера при змікорпус, чим досягається підвищення надійності в сту сурику залізного від 1,5 до 3,0%, вище в 2,2 експлуатації контейнера і збільшує термін його рази ВІДПОВІДНИХ контейнерів з ПС, зокрема, конслужби тейнера при ЗМІСТІ ПС - 90% Вибір оптимального складу для внутрішнього Конструкція контейнера, що заявляється, у шару захисного контейнера обумовлений граничзв'язку з простотою на кресленні не показана но-можливою стабільною дозою гаммаКонтейнер виготовляється і експлуатується випромінювання і МІЦНІСТЮ шару на стиск таким способом Унаслідок відсутності свинцю і його з'єднань, Відібрані компоненти в складі, ВІДПОВІДНО ДО ЗОВНІШНІЙ шар корпуса нетоксичний і не вимагає винаходу, змішуються і формується циліндрична додаткових заходів по безпеці, що знижує вартість стакан і кришка Кришка герметично кріпиться до контейнеру і підвищує його економічність стакану за допомогою байонетного затвора Відсутність свинцю і його з'єднань не знижує Конструктивне виконання заявленого контейМІЦНІСТЬ контейнеру Тому що додавання залізного неру дозволить одержати легкі, МІЦНІ, корозійноссурику до основного складу підвищує також його тійкі ємності з високою теплопровідністю Забезатмосферо-, корозійно-1 термостійкість печення радіаційного захисту і конструктивне виконання контейнеру, робить його універсальним За рахунок цього збільшується надійність кондля транспортування, збереження і довгострокотейнера, що володіє одночасно високими радіавого поховання ХІМІЧНИХ і низькоенергетичних раційно-захисними властивостями і міцносними хадіоактивних ВІДХОДІВ рактеристиками для тривалого збереження токсичних ХІМІЧНИХ і низькоенергетичних радіоакНовий склад зовнішнього шару корпуса контивних ВІДХОДІВ тейнера дозволяє значно знизити собівартість виробництва контейнера і, ВІДПОВІДНО, розширити Додавання порошку вольфраму від 8 до 10% ефективність його застосування забезпечує оптимальну масу контейнера, при якій Комп'ютерна верстка А Ярославцева Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119