Захисний контейнер

1 Захисний контейнер, що включає, корпус із кришкою і щонайменше одну радіаційно-захисну зовнішню оболонку з полімерного композита, при Винахід відноситься до ядерної техніки, а саме до пристроїв, призначених для збереження і транспортування екологічно шкідливих і радіоактивних ВІДХОДІВ Відомо, ЩО контейнери для транспортування і збереження токсичних ХІМІЧНИХ, низько енергетичних і середньо енергетичних радіоактивних ВІДХОДІВ ПОВИННІ задовольняти наступним вимогам попереджати попадання шкідливих речовин і випромінювань у навколишнє середовище, гарантувати захист обслуговуючого персоналу від випромінювання, бути придатним для транспортування і проміжного збереження, тобто мати невелику вагу При виготовленні захисного контейнера, як правило, одночасно створюються його конструкція і матеріал Це пов'язано з тим, що радіоактивні відходи поділяються на рідкі і тверді і мають різні рівні активності, що обумовлено великою неоднорідністю складу ВІДХОДІВ за рахунок спільної при єднану до бічної поверхні корпуса, який відрізняється тим, що корпус і зовнішня оболонка виконані з модульних елементів полімерного композита, що містить модифіковані суміші з ефектом аномального поглинання випромінювання, при цьому всі елементи контейнера з'єднуються матеріалом, з якого вони виконані, а товщини оболонок менше товщини корпуса, при цьому кожна наступна оболонка тонше попередньої 2 Захисний контейнер по п 1, який відрізняється тим, що як полімерний композит використовується полімерна основа у вигляді діанової смоли з добавкою, що модифікує, у вигляді полідисперсного порошку вольфрамової суміші, порошку нікелю, силікатної маси і мінерального волокна, при цьому зміст модифікованої суміші в корпусі й у кожній захисній оболонці знаходяться в тих же співвідношеннях, ЩО І IX ТОВЩИНИ 3 Захисний контейнер по п 1, який відрізняється тим, що корпус постачений верхнім фланцем з вирізом для установки захисних оболонок сутності в них гамма-випромінювань в різних співвідношеннях Відходи першої категорії (екологічно ШКІДЛИВІ, токсичні і ХІМІЧНІ) можна піддавати зви чайній обробці і перевозити без спеціальних запобіжних заходів Відходи другої категорії (низько- і середньоактивні) можна перевозити в простих упакуваннях із захистом із шару бетону Відходи третьої категорії (високоактивні) можна обробляти і перевозити, коли прийняті спеціальні запобіжні заходи До контейнерів довгочасного збереження пред'являються більш жорсткі норми щодо їх механічної МІЦНОСТІ, корозійної СТІЙКОСТІ, радіаційного захисту і ДОВГОВІЧНОСТІ Для цих цілей застосовують контейнери з багатошаровими корпусами, при цьому шари виконуються з різних матеріалів Внутрішні шари виконують з більш дешевих, а для підвищення їх надійності і МІЦНОСТІ застосовуються спеціальні матеріали для покриття внутрішньої чи зовнішньої поверхні контейнерів Тому процес конструювання контейнера при О о (О 60404 вязується до конкретних умов і є дуже трудомістким і дорогим процесом Найбільш доступним матеріалом для захисту від гамма-випромінювань є бетон Так відомий шотландський бетон, повсюдно уживаний для захисту від випромінювань, містить як заповнювачі пісок і гравій ЩІЛЬНІСТЬ різних видів звичайного 3 портландського бетону складає 2,0-2,4г/см Ємності із бетону з такою ЩІЛЬНІСТЮ ДОСИТЬ громіздкі, мають значну товщину і низький рівень захисту Відомий залізобетонний контейнер (див п РФ 6 №2056653, МПК G21F5/005, опубл 20 03 96), що містить корпус, який має форму паралелепіпеда і герметичну кришку, а стінки корпуса виконані товщиною не менш 20мм Залізобетонний корпус дозволить підвищити радіаційнозахисні можливості з меншою товщиною стінки Однак, як відомо, бетони мають пористість і визначений відсоток водопоглинення і можуть бути використані тільки для збереження низькоактивних твердих ВІДХОДІВ Тому для забезпечення надійного захисту радіоактивних ВІДХОДІВ для залізобетонних контейнерів необхідно підвищити зміст залізної арматури чи збільшити товщину стінки, що приведе до зменшення використовуваного об'єму, значному підвищенню ваги контейнера і, ВІДПОВІДНО, зростанню його вартості Залежно від цілей і рівня випромінювання ВІДОМІ конструкції контейнерів, для виготовлення яких використовують нові матеріали В даний час застосовують нові КОМПОЗИЦІЙНІ полімерні матеріали, що задовольняють усім вимогам, що пред'являються для транспортування і збереження радіоактивних ВІДХОДІВ І ЩО ДОЗВОЛЯ ЮТЬ виготовляти з таких матеріалів контейнери простої конструкції, які мають високі захисні властивості і порівняно невелику вагу при невеликій товщині стінки корпуса Відомий транспортний контейнер (див А С СРСР №1031354, МПК3 G21F5/00, заявл ЗО 07 81 ), що включає корпус, кришку, фланець, днище і футеровку корпуса, що складається з кільцевих обичайок, посаджених у корпус в уступ, і виготовлених з радіаційно-захисного матеріалу по фактичним розмірам поверхонь корпуса, що футеруються Поверхня корпуса, що футерується, виконана з декількох обичайок, встановлених усередині корпуса Кожну обичайку виконано з матеріалу, ВІДМІННОГО ВІД матеріалу корпуса З'єднання обичайок, фланця з корпусом і між собою виконано зваренням Відома конструкція, що має ЦІЛІСНІСТЬ корпуса по ЗОВНІШНІЙ поверхні, не здатна витримувати вплив ХІМІЧНИХ реакцій, високих температур і радіаційних випромінювань усередині контейнера, тобто його герметизація швидко порушується через порушення термічного опору зварених швів конструкції в місцях контакту обичайок Крім того, обичайки виготовляються з матеріалу ВІДМІННОГО ВІД матеріалу корпуса через що порушується ЦІЛІСНІСТЬ конструкції в цілому А установка обичайок усередині корпуса приводить до зменшення корисного робочого об'єму контейнера Тому відомий контейнер не забезпечує тривалого збереження радіоактивних ВІДХОДІВ Крім цього, недоліком є велика вага контейнера і значна трудомісткість його виготовлення У результаті відомий контейнер має складну, громіздку конструкцію, що визначає неефективне використання його корисного об'єму Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є захисний контейнер (див 6 А С СРСР №2081465, МПК G21F5/05, 1/12, опубл 16 09 94), що включає корпус із кришкою, постачений щонайменше однією зовнішньою оболонкою з полімерного композита, приєднану до бічної поверхні корпуса Корпус виконано зі свинцю, а зовнішню оболонку - у вигляді двох шарів з різного матеріалу Використання полімерного композита дозволяє підвищити МІЦНІСТЬ конструкції і збільшити надійність експлуатації контейнера За рахунок цього є можливість застосовувати відомий контейнер не тільки для транспортування, але і для збереження радіоактивних ВІДХОДІВ Установка зовнішньої оболонки дозволить без зменшення внутрішнього об'єму підвищити СТІЙКІСТЬ контейнера від радіаційного випромінювання Однак, відомий контейнер має наступні недоліки По-перше, його розроблено для захисту від визначеного виду випромінювання і його не можливо використовувати для захисту більш активних ВІДХОДІВ і, ВІДПОВІДНО, їх довгочасного збереження По-друге, застосування свинцю сприяє виділенню токсичних з'єднань у процесі виробництва й експлуатації отриманих виробів, для чого потрібні додаткові заходи для їхньої локалізації, що потребує додаткові витрати Крім того, виготовлення стінок, заповнення зазору між стінками полімерним матеріалом і складна технологія нанесення покриття значно збільшують вартість контейнера Через наявність декількох шарів із різних матеріалів, ті мають різну твердість, підсумкова твердість та МІЦНІСТЬ контейнера буде меншою, ніж монолітної конструкції, тому знижується надійність контейнера, особливо для довгочасного збереження радіоактивних ВІДХОДІВ Для збільшення радіаційно-захисних властивостей відомого контейнера необхідно збільшення товщини стінки корпуса, а в результаті буде зростати його вага, що ускладнює процес переміщення і транспортування контейнера В основу пропонованого винаходу поставлена задача удосконалення контейнера за рахунок формування його конструкції з модульних елементів, виконаних з модифікованого матеріалу і з товщиною стінки, що відповідає величині випромінювання, яка не проходить через нього, що дозволить поширити діапазон використання контейнера і забезпечити підвищення його надійності, зниження ваги при збереженні корисного об'єму і вартості Поставлена задача вирішується тим, що захисний контейнер, що включає корпус із кришкою і щонайменше одну радіаційно-захисну зовнішню оболонку з полімерного композита, приєднану до бічної поверхні корпуса, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, корпус і зовнішня оболонка виконані з модульних елементів полімерного композита, що містить модифіковані суміші з ефектом аномального погли 60404 нання випромінювання, при цьому всі елементи контейнера з'єднуються матеріалом, з якого вони виконані, а товщини оболонок менше товщини корпуса, при цьому кожна наступна оболонка тонше попередньої Як полімерний композит використовується полімерна основа у вигляді діанової смоли з добавкою, що модифікує, у вигляді полідисперсного порошку вольфрамової суміші, порошку нікелю, силікатної маси і мінерального волокна, при цьому зміст модифікованої суміші в корпусі й у кожній захисній оболонці знаходяться в тих же співвідношеннях, ЩО І ЇХНІ ТОВЩИНИ Корпус постачений верхнім фланцем з вирізом для установки захисних оболонок Виконання контейнера з окремих модульних елементів дозволяє спростити процес його виготовлення за рахунок уніфікування вузлів, що збираються з модульних елементів Крім того, з'являється можливість використовувати уніфікований вузол у вигляді корпуса, який виконує самостійну функцію за рахунок одержання контейнера, що забезпечує захист від мінімальної величини випромінювання Виконання захисної оболонки з окремих елементів дозволить одержати уніфікований вузол, що забезпечує захист при підвищенні величини випромінювання радіоактивних ВІДХОДІВ шляхом установки и на корпус контейнера Можливість нарощувати товщину стінки корпуса контейнера за рахунок установки додаткових оболонок, тобто за рахунок можливості розвитку поверхні теплообміну, дозволяє підвищити його радіаційно-захисні властивості для різних видів радіоактивних ВІДХОДІВ І поширити діапазон використання контейнера від низько- до середньоактивних ВІДХОДІВ Виконання корпуса й оболонок контейнера з одного матеріалу буде підсилювати попередні наступними і дозволить застосовувати їх самостійно для ослаблення тієї чи інший складової випромінювання Виконання контейнера з модульних елементів дозволяє одержати стандартний універсальний контейнер, що відповідає вимогам технології поводження з мінімальною величиною енергії випромінювання радіоактивних ВІДХОДІВ Можливо використовувати контейнер в такому вигляді При збільшенні величини випромінювання забезпечується можливість додатково встановлювати необхідну КІЛЬКІСТЬ оболонок із заздалегідь виготовлених елементів, а також і на МІСЦІ використання контейнера КІЛЬКІСТЬ оболонок підбирають ВІДПОВІДНО до коефіцієнта ослаблення інтенсивності випромінювання радіоактивних ВІДХОДІВ Виконанням всіх елементів з матеріалу на основі діанової смоли зі змістом модифікованих сумішей у вигляді полідисперсного порошку вольфрамової суміші, порошку нікелю, силікатної маси і мінерального волокна забезпечується ефект аномального поглинання випромінювання, яке через нього проходить Ефект відбувається 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, до взаємодії з ними радіаційного випромінювання Автори відкриття досліджували діапазон полідисперсних часток розміром від 10 до ЮООмкм, що широко використовується в сучасній технології Експериментально доведено, що при взаємодії радіаційного випромінювання з полідисперсними середовищами спостерігається істотне ослаблення випромінювання Причиною цього є самоорганізація моно- і полідисперсних часток у систему енергетично взаємозалежних ансамблів завдяки сегрегації шляхом перемішування сухої багатоелементної полідисперсної суміші Крім того, вольфрам є самим стійким армуючим і нетоксичним матеріалом Виконання модульних елементів з такого матеріалу дозволить одержати одношаровий корпус з мінімальною товщиною стінки не більш 1-2см з високими захисними показниками, що дозволить ефективно послабляти мінімальне радіаційне випромінювання одним шаром без додаткового захисту Зменшення модифікованої суміші в первинній оболонці в порівнянні з масою модифікованої суміші в корпусі дозволить одержувати контейнери, розраховані на підвищену величину випромінювання з незначним збільшенням товщини стінки Зменшення модифікованої суміші в кожній наступній оболонці щодо попередньої дозволяє зменшити товщину стінки контейнера при підвищенні його радіаційно-захисних властивостей, у результаті чого зменшується витрата металевого порошку, що дозволяє знизити вагу і вартість контейнера в цілому За умови збільшення величини енергії випромінювання захист забезпечується за рахунок установки додаткових оболонок із зовнішньої сторони корпуса зі зменшенням товщини кожної наступної оболонки по наростаючій, що дозволить збільшувати захисні якості контейнера зі збереженням корисного об'єму Виконання первинної оболонки товщиною меншої, чим товщина корпуса, а кожної наступної оболонки товщиною меншої, чим попередньої, дозволить одержувати контейнери, які забезпечують ефективний захист товщиною стінки, отриманої розрахунковим шляхом ВІДПОВІДНО ДО заданої величини інтенсивності випромінювань радіоактивних ВІДХОДІВ Те, що кожна оболонка має мінімальну товщину необхідну для поглинання заданої величини випромінювання, і ВІДПОВІДНО, при такім же співвідношенні модифікованої маси, що міститься в корпусі до маси в оболонці, дозволяє ощадливо використовувати вольфрамовий порошок, а це приводить до зменшення ваги контейнера зі збереженням його механічної МІЦНОСТІ І других властивостей, що відрізняються від властивостей характерних класичним матеріалам З'єднання всіх елементів контейнера тим же матеріалом, з якого вони виготовлені забезпечує твердість, механічно міцносну ЦІЛІСНІСТЬ конструкції, як при нормальних умовах експлуатації, так і при аварійних ситуаціях Виконання контейнера з заявленого композиційного матеріалу з модифікованою сумішшю, що забезпечує ефект аномального поглинання випромінювання, що проходить через матеріал, дозволить збільшити в його складі зміст доступної і 8 60404 недорогої сировини такої, як силікатна маса, і, ВІДПОВІДНО, знизити вартість контейнера У результаті контейнер, що заявляється, відрізняється універсальністю конструкції і простою технологією виготовлення його з модульних елементів і уніфікованих вузлів, які дозволяють розширити діапазон захисту від мінімальної до середньої активності випромінювань, і одержати конструкцію контейнера на необхідну величину випромінювання радіоактивних ВІДХОДІВ На фіг 1 схематично зображений контейнер На фіг 2 зображений контейнер з однією захисною оболонкою Контейнер (фіг1), зібраний з модульних елементів у вигляді панелей, містить квадратну кришку 1, корпус 2, виконаний із прямокутних панелей і квадратного дна З У верхній частині корпуса 2 установлюється фланець 4, на нижній стороні якого виконаний виріз 5, і який скріплюється з кришкою 1 гвинтами 6 Контейнер (фіг 2) містить одну оболонку 7, виконану з таких же панелей по фактичним розмірам корпуса 2 і має меншу товщину і, ВІДПОВІДНО, менший зміст модифікованої маси Товщина кожної наступної оболонки менше попередньої Перша оболонка 7, що виконана з панелей, з'єднується з панелями корпуса 2, а кожна наступна з попередньою склеюються матеріалом, з якого вони виготовляються Попередньо визначають активність радіоактивних ВІДХОДІВ (величину аномального поглинання випромінювання, що проходить через матеріал), вибирають кратність ослаблення і розраховують товщину стінки і вагу контейнера по всім параметрам, що забезпечують його конструктивну СТІЙКІСТЬ і надійність Потім розраховують конструктивні розміри контейнера, після чого виготовляють панелі з матеріалу на основі діанової смоли зі змістом модифікованих сумішей з ефектом аномального поглинання випромінювання у вигляді полідисперсного порошку вольфрамової суміші, порошку нікелю, силікатної маси і мінерального волокна Виготовлені панелі з'єднують між собою і дном З у вигляді корпуса 2 і до його верхньої частини приклеюють фланець 4 Всі елементи склеюють між собою матеріалом, з якого вони виготовлені Для поширення діапазону використання і збільшення захисних якостей контейнера до ЗОВНІШНІХ поверхонь корпуса 2 приклеюють панелі захисної оболонки 7 Оболонка має меншу товщину ніж товщина корпуса, що розрахована на необхідну кратність поглинання зростання величини випромінювання Для цього установлюють верхні торці панелей оболонки 7 у виріз 5 на фланці 4 і приклеюють панель до нього і до зовнішньої поверхні корпуса 2 Після витримки в нормальних умовах контейнер готовий до застосування Радіоактивні відходи завантажують у порожнину корпуса 2 контейнера, установлюють кришку 1 і кріплять її болтами 6 до фланця 4 Контейнер готовий до транспортування чи довгочасного збереження радіаційних ВІДХОДІВ При необхідності забезпечити захист радіаційних ВІДХОДІВ, що відрізняються від попередніх більшою активністю, до корпуса 2 приклеюють оболонку у вигляді панелей меншої товщини Товщини наступних оболонок зменшуються щодо попередніх по наростаючій ВІДПОВІДНО знижується зміст модифікованих сумішей, величину яких одержують шляхом розрахунку товщини і змісту суміші, що модифікує, ВІДПОВІДНО величині активності радіоактивних ВІДХОДІВ, ЯКІ завантажуються Отже, упровадження конструкції контейнера, що заявляється, у виробництво дозволяє збирати його з панелей, розрахованих на захист по заданої кратності поглинання випромінювань для конкретних вадів ВІДХОДІВ Контейнер, що заявляється, відрізняється простою конструкцією, що забезпечує необхідні радіаційно-захисні якості, надійність і безпеку транспортування і збереження радіоактивних ВІДХОДІВ Таким чином, винахід забезпечує підвищення технологічності конструкції Крім цього контейнер, що заявляється, забезпечує - максимальний робочий обсяг контейнера, - механічну МІЦНІСТЬ - МІЦНІСТЬ клейових з'єднань при рівномірному відриві - не менш 25МПа, - МІЦНІСТЬ клейових з'єднань при рівномірному зрушенні - 20МПа, - робочі температури від -100° до +100°С, - опір до вогню - немає займання до 1100°С, - відношення ваги контейнера до завантаження радіоактивних ВІДХОДІВ 1-2%, - невисоку вартість, - збереження структурної ЦІЛІСНОСТІ після впливу гамма-випромінювання дози 1,1х108рад Крім того, контейнер має достатню твердість, «теплову прозорість» при порівняно незначній металоємності, надійність і зручність у використанні за рахунок невеликої ваги Винахід дозволяє простими засобами, широко використовуваними в технології традиційного бетону, знизити собівартість контейнера, його вагу і підвищити радіаційно-захисні властивості при максимальному робочому об'ємі Проведені іспити дослідного зразка показали позитивні результати і в даний час контейнер готується до впровадження 60404 10 Фіг.1 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка А Крулевський 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