Сховище для радіоактивних і шкідливих відходів

1. Схови ще для радіоактивних і шкідливих відходів, що містить зовнішній герметичний модуль, стінка якого виконана з несучої і ізолюючої оболонок, що включає внутрішні контейнери, розташовані впритул біля і вище один одного, яке відрізняє ться тим, що стінка модуля виконана з полімерного матеріалу, навитого шарами один на одний, оболонка, що ізолює стінки, навита з матеріалу, посиленого модифікованим дисперсним наповнювачем, аномально поглинаючим випромінювання, при цьому відношення товщини стінки C2 2 (11) 1 3 69750 4 спеціальні конструкції сховищ, а також спеціальні чної оболонки використовують ємності, які можна технології для їхнього заповнення з урахуванням транспортувати до місця збереження відходів, режимів їхнього збереження. Наприклад, високонаприклад, бетонні вежі (контейнери), металеві токсичні радіоактивні відходи укладають у металеконтейнери. ві капсули, потім у куби з отверділого рідкого скла, Відоме сховище для шкідливих відходів [п. які поміщають у відпрацьовані соляні копі або інші США №4713199, МКB G21F9/12, опубл. порожнечі в земній корі. 15.12.1987p.], що включає масивний бетонний моПриродне середовище, у яке поміщають кондуль з декількома бетонними блоками, розташотейнери, є природною захисною оболонкою, у той ваними біля і вище один одного, у яких розміщачас як оболонку контейнера можна назвати штучють сталеві каністри з застосуванням природною ною. Використання природної захисної оболонки циркуляцією охолоджуваного повітря. негативно позначається на захисті навколишнього Відсутність вентиляторів і насосів не вимагасередовища. Тому для посилення захисних власють контрольно-вимірювальної апаратури й електтивостей природного середовища формують баропостачання в схови ще, що підвищує безпеку р'єрні зони. схови ща. Для формування бар'єрної зони в просторі між Модульна система сховища дозволить приконтейнером і скелею вводять різні наповнювачі строювати додаткові секції в залежності від по[п. США №3925992, МПК G21F9/24, опубл. 1980г]. треб, не припиняючи експлуатації існуючого схоСклад наповнювачів може бути різним. Це бентовища. Крім того, з'являється можливість ніт, пластичний матеріал, аналогічний глині, поритранспортувати бе тонний модуль, а також бетонні ста маса, що містить окис магнію чи амонію. Однак блоки, до місця розташування сховища. оскільки для виготовлення захисної оболонки в Недоліком відомого сховища є небезпека середовищі, відмінному від середовища експлуаушкодження бетонного блока при транспортуванні, тації, зміна стану природного середовища негатиа також небезпека корозійного розтріскування бевно позначається на властивостях оболонки, натонного блока під напругою і подальший розвиток дійність і довговічність захисних властивостей дефектів при тривалому збереженні відходів. Тому бар'єрної зони в результаті не гарантується. відоме сховище не гарантує надійність в експлуаВідома бар'єрна зонa у вигляді каньйонів зі тації і не використовується для тривалого зберештучною оболонкою найбільш наближеної до приження радіоактивних відходів. Крім того потрібні родних умов, для формування якої використовудодаткові витрати на пристрої для контролю і зають багатошаровий заповнювач, наприклад перпобігання від проникнення в нього води, щоб виший шар - глину, др угий з мікропористого ключити розвиток корозії. А для транспортування матеріалу (шлак, пемза, попіл), третій з валунчика, модуля і бетонних блоків потрібне застосування а четвертий з торфу. У першому шарі використоспеціальних транспортних пристроїв великої ванвують глину, виготовлен у з дрібнодисперсного тажопідйомності, що у свою чергу вимагає наявнотеплового матеріалу, а другий шар просочують сті доріг, здатних витримати їхню сумарну масу кремній-властивими реагентами, що ущільнюютьпри транспортуванні. У результаті конструкція віся під дією тепла і вологи. Каньйони являють содомого сховища є тр удомісткою і дорогою в будівбою модульну конструкцію, що дозволяє будува ти ництві, демонтажі й експлуатації. додаткові секції, не припиняючи експлуатації існуВідома система, що складається з двох конючих. тейнерів, сталевого, де зберігаються відходи, і У даному випадку природна оболонка є фізичбетонного, як стаціонарної основи для забезпеною і виконує роль штучної оболонки, що, хоча і чення захисту від нейтронного і гама випромінюзахищає навколишнє середовище від фізичного і вання ("Контейнери універсальні" ДСТ 20259-80; хімічного впливу, однак також не гарантує надійЗагальні технічні умови). Сталевий циліндр місний захист при тривалому збереженні шкідливих титься в залізобетонний контейнер і охолодне повідходів. вітря циркулює за рахунок природної конвенції Крім того, дії, здійснювані для формування через кільцеві зазори між двома циліндрами. шарів багатошарової оболонки, що чергуються, Такі контейнери застосовуються для зберемаксимально наближеної до природних умов, є ження 2-3 тепловиділяючих зборок із визначеною трудомісткими і дорогими. Такі сховища вимагають температурою не більш 300°С. Температурний вентиляційної, контрольно-вимірювальної апараградієнт через бетонну стінку не більше 110°С. тури й електропостачання в сховище, що знижує Маса установки близько 118т. безпеку сховища. Також виникають додаткові Відома система за рахунок зовнішнього сталескладності при транспортуванні відходів до місця вого циліндра дозволяє використовувати систему збереження. для збереження радіоактивних відходів. Таким чином, використовуване у всі х відомих Однак система не забезпечує тривале зберетехнічних рішеннях фізичне огородження у вигляді ження радіоактивних відходів у результаті викобар'єрної оболонки не може забезпечити ефектинання зовнішнього контейнера залізобетонним, вний захист при тривалому збереженні радіоактимає недостатню місткість і не транспортується. вних і шкідливих відходів. Найбільш близькою по технічній суті й ефектоВідомі приклади сухого збереження шкідливих ві, що досягається, є схови ще для радіоактивних і відходів, зокрема, радіоактивних зі штучними обошкідливих відходів [п. США №3935467, МКИ лонками, у яких не формуються захисна оболонка G21F1/10, G21Е5/005 опубл. 27.01.1976), що місз великої кількості шарів. В даний час відомі устатить зовнішній герметичний модуль, стінка якого новки для сухого збереження, у яких в якості штускладається з несучої й ізолюючої оболонок, із 5 69750 6 внутрішніми контейнерами, розташованими біля і вують чисті метали, неметалічні порошкові суміші, вище один одного. Несуча оболонка виконана меінтерметаличні з'єднання окислів, карбідів, нітриталевою, а ізолююча з бітумизованого волоконнодів, боридів, гідридів. го матеріалу. Внутрішні контейнери виконані меВиконання стінки зовнішнього модуля сховища талевими. забезпечує одержання штучного бар'єрного сереЗа рахунок виконання ізолюючої оболонки з довища, у якому об'єднані функції захисту й ізолябітумизованого волоконного матеріалу забезпечуції. Виконання зовнішньої стінки модуля з полімерється зниження ваги зовнішнього модуля, що доного матеріалу, навитого шарами один на іншій, зволяє транспортува ти його до місця їхнього збедозволить зменшити товщин у стінки і забезпечить реження. її відношення до висоти модуля, рівне або більше Однак виконання несучої й ізолюючої оболо0,01, що дозволяє одержати полегшений модуль, нок з різнорідного матеріалу приводить до необщо транспортується, який зміцнюється в процесі хідності контролювати стан простору між ними і, збереження шкідливих відходів і не вимагає компри необхідності, герметичність їхнього з'єднання. плексних систем ізоляції між оболонками. БагатоВиконання несучої оболонки зовнішнього модуля, шарова стінка утворить єдину монолітну будову, а також внутрішніх контейнерів, металевими прищо забезпечує необхідну твердість для всієї сисводить до великих витрат металу і тому відноситьтеми й утворить штучну оболонку в природному ся до дорогих схови щ. середовищі. Задачею запропонованого сховища є удоскоВиконання ізолюючої оболонки стінки навитої налення його конструкції шляхом виконання зовз матеріалу, посиленого модифікованим дисперснішнього модуля і внутрішніх контейнерів з одноним наповнювачем, аномально поглинаюче вирідного полімерного матеріалу, посиленого промінювання, забезпечить розширення експлуамодифікованим наповнювачем, що дозволяє одетаційних можливостей зовнішнього модуля в ржати полегшену систему з підвищеною місткістю, результаті застосування його з можливістю викощо забезпечує розширення експлуатаційних її мористовувати відомі конструкції внутрішніх контейжливостей за рахунок безпеки і надійності при нерів, при цьому забезпечувати необхідну надійтранспортуванні і тривале збереження, як радіоакність і безпеку для транспортування і тривалого тивних, так і шкідливих відходів. збереження радіоактивних і шкідливих відходів. Поставлена задача вирішується таким шляВиконання конструкції сховища у вигляді сисхом, що сховище для радіоактивних і шкідливих теми з зовнішнього модуля, що включає вн утрішні відходів, що міститьзовнішній герметичний моконтейнери з однорідного матеріалу, дозволяє дуль, стінка якого виконана з несучої й ізолюючої одержати систему з підвищеною місткістю, у реоболонок, що включає внутрішні контейнери, роззультаті чого вага модуля з контейнерами не петашовані впритул біля і вище один одного, відпоревищує 20% від ваги розташовуваних у них відвідно до винаходу, стінка модуля виконана з поліходів. мерного матеріалу, навитого шарами один на Товщина стінки модуля при значній висоті і іншій, оболонка, що ізолює стінки, навита з матемаксимальному завантаженні досягається в непоріалу, посиленого модифікованим дисперсним рушенні механічної міцності за рахунок аномально наповнювачем, аномально поглинаючим випромізбільшеного радіаційного захисту. нювання, при цьому відношення товщини стінки Застосування модифікованого дисперсного модуля до висоти модуля дорівнює або більше наповнювача, складеного у ви гляді багатокомпо0,01, а вага модуля з внутрішніми контейнерами нентної суміші, що включає ультрадисперсні частне перевищує 20% від ваги, розташовуваних у них ки середнім розміром 0,1мкм, з питомою поверхвідходів. нею від 0,3м 2/г до 2000м 2/г і в кількості приблизно Внутрішній контейнер виконаний з полімерного до 1,5% від об'ємної маси суміші, забезпечує одематеріалу, навитого шарами один на іншій, посиржання композиційних матеріалів, що по функціоленого модифікованим дисперсним наповнюванальний властивостям не поступається матеріачем, при цьому кількість навитих шарів залежить лам з чисто металевими наповнювачами. У від заданої кратності ослаблення випромінювання результаті з композиційного матеріалу можна виі визначається математичним шляхом у діапазоні готовляти великі ємності, що замінять ємності з енергій від 30 до 1210КеВ. чистих металів. Внутрішній контейнер виконаний із пресованоСтінка зовнішнього модуля охороняє внутрішні го скловолокнита, що включає скляні нитки, просоконтейнери, наповнені відходами, від дестр уктивчені зв'язним, посиленим наповнювачем, що моних ефектів несприятливих умов навколишнього дифікує. середовища, додає високоелектричну міцність, і Модифікований дисперсний наповнювач склаохороняє внутрішні контейнери від руйнування, дають у вигляді багатокомпонентної суміші, що викликаного електролізом. Стінка внутрішнього включає ультрадисперсні частки середнім розміконтейнера має ті ж характеристики і забезпечує ром 0,1мкм, з питомою поверхнею від 0,3м 2/г до додатковий захист, визначається заданою кратніс2000м 2/г і в кількості приблизно до 1,5% від об'ємтю випромінювання відходів, що знаходяться в ної маси суміші. них, і може застосовуватися для відходів у діапаВ якості полімерного матеріалу використовузоні енергій від 30 до 1210КеВ. ється склотканина з епоксидним зв'язним. Стінка зовнішнього модуля спільно зі стінками Багатокомпонентна суміш включає пористі і внутрішніх контейнерів дозволяє одержати полегдисперсні порошки базальту, гіпсу, силікату. шену систему з підвищеною місткістю, що забезВ якості ультрадисперсних часток використопечує розширення її експлуатаційних можливостей 7 69750 8 за рахунок безпеки і надійності при транспортуНа Фіг.2 зображена схема модуля з встановванні і тривале збереження, як радіоактивних, так і леним усередині контейнерами, виконаними Із шкідливих відходів. пресованого скловолокнита. Завантаження шкідливих відходів у вн утрішні На Фіг.3 зображена схема завантаження схоконтейнери дозволять безпечно перевозити відховища. ди до місця збереження і можливість поступового Сховище для радіоактивних і шкідливих відхонаповнення герметичного модуля. Розташування дів містить зовнішній герметичний модуль 1, стінка внутрішніх контейнерів біля і вище один одного якого складається з несучої 2 і ізолюючої оболонок забезпечує ефективне використання корисного 3, що виконані з полімерного матеріалу; наприоб'єму, безпеку при обслуговуванні і зручність в клад, смуги склотканини навитими шарами один експлуатації. на іншій. Ізолююча оболонка 3 навита з матеріалу, Заявлений винахід дозволяє встановлювати в посиленого модифікованим дисперсним наповнюзовнішньому модулі вн утрішні контейнери, стінка вачем, що забезпечує аномальне поглинання раяких навита, як і стінка модуля, а також у якій кордіаційного випромінювання. Усередині модуля 1 пус вн утрішнього контейнера виконаний шляхом (Фіг.1, 2) установлені герметичні контейнери 4, що напівсухого пресування. Крім того, зовнішній морозташовані декількома ярусами по всьому його дуль забезпечить захист хімічно-токсичних відхооб'єму і висоті, і виконані з полімерного матеріалу, дів без додаткових вн утрішніх контейнерів. Репосиленого тим же дисперсним наповнювачем. зультати іспитів підтверджують усі переваги Кількість навитих шарів, що утворять стінки зовніконструкції, що заявляється. шнього модуля і внутрішні х контейнерів, забезпеДане технічне рішення пояснюється наступничує ослаблення радіаційного випромінювання в ми графічними матеріалами. діапазоні енергій від 30 до 1210КеВ. На Фіг.1 зображена схема модуля з встановВ таблиці наводиться приклад розміщення коленим усередині контейнерами, виконаними з понтейнерів в зовнішньому модулі висотою лімерного матеріалу, навитого шарами. L=7600см. Таблиця Параметри модуля Об'єм контейнера, м 3 Кількість (орієнтована), шт. Загальний об'єм контейнерів, м 3 з контейнерами, навитого шарами (см. Фіг.1) 0,2 64 12,8 Експлуатація системи під відкритим небом відбувається таким способом (Фіг.3). Спочатку установлюється вертикально або горизонтально в ґрунт зовнішній модуль 1, потім автомобіль доставляє внутрішні контейнери 4, заповнені радіаційними чи шкідливими відходами, які за допомогою мостового крана установлюються впритул один до одного ярусами в модуль 1. Після заповнення зовнішній модуль герметично закривається. Приклад 1. Стінка зовнішнього модуля виконана шляхом намотування смуги склотканини, посиленої модифікованим дисперсним наповнювачем, складеного із суміші вольфрамового порошку із силікатом у кількості 32% від об'ємної ваги. Маса наповнювача, що має високу сумісність зі склотканиною, визначається за відомою методикою [п. PCT/UA 02/00039 опубл. 10.07.03]. Іспити проводилися на зразку розміром 6´6см, вирізаного зі стінки товщиною 2,6см. При масі зразка 151,8 грам маса наповнювача склала 48,6 грам. Отриманий зразок був підданий тестуванню енергії 1210КеВ радіоактивного випромінювання 60Со. Опромінення зразка здійснювалося широким пучком. Поверхнева щільність при розмірах, зразка 6´6см складає 48,6:36=1,35г/см 2. При середній піктонометричній щільності наповнювача 1,8г/см 3 фактична захисна товщина ізоляційної оболонки, посиленої модифікованим наповнювачем складає Хр=1,35:1,8=0,75см. Тестування з наступним порівнянням зі східчастим свинцевим ослабленням показав, що отриманий зразок стінки модуля має захисний свинцевий еквівалент 0,71см (при щіль з контейнерами, виконаними пресуванням (см. Фіг.2) 0,07 144 10,08 ності свинцю 11,34г/см 3 і енергії радіоактивного випромінювання Ε=1210КеВ). Відповідно цьому захисному свинцевому еквівалентові приведена захисна товщина ізоляційної оболонки в стінці, складе Хпр=0,71´11,34:1,8=4,47см. Таким чином захисний еквівалент пропонованого зовнішнього модуля при даних режимах тестування щодо фактичної захисної товщини модифікатора (Хр=0,75см) складає Хпр:Хр=4,47:0,75=6. За рахунок цього досягається відношення заявленого співвідношення товщини стінки до висоти модуля, рівне або більше 0,01. Необхідну механічну міцність стінки і при заданому рівні радіаційного захисту можна досягати в інтервалі товщини стінки 0,3-5см і висоті модуля 0,5-9м. Запропоноване технічне рішення дозволяє виключити розгерметизацію і підвищити період збереження шкідливих відходів. Проведено дослідження і визначена максимальна температура стінки модуля, при якій можливе тривале збереження без ушкодження. Запобігання контейнера від руйнування стінки під напругою, корозійного розтріскування при можливих аварійних ситуаціях підвищує радіаційний захист персоналу при транспортуванні і дає можливість знизити вартість реалізації концепції сухого збереження небезпечних відходів. Стінка має наступні механічні властивості: межа міцності на розтягування σ=1900-2100МПа модуль пружності Ε=2,5´104МПа 9 69750 10 відносне подовження заданими фізико-механічними параметрами, що ε=1,73´103кг/м 3 відповідають визначеній товщині стінки, що забезРозглянемо порівняльний аналіз відомої системи і системи, що заявляється, по відношенню печує задану кратність поглинання небезпечного випромінювання. Уніфікація модуля дозволяє знаваги системи до ваги завантажених відходів. чно спростити технологію виготовлення сховищ, Відома система включає внутрішні контейнепідвищити продуктивність праці і, відповідно, знири, встановлені в зовнішній модуль, висота (h) зити їхню вартість. якого 630см, товщина стінки (t) до 100см, маса системи (Рс) 118 тонн, маса відходів, що завантаДля виготовлення заявленого сховища використовується сировина, що випускається підприжуються, (Р3) 105 тонн. ємствами України. Визначаємо: К1=t/h=100/630=0,16; Ресурс роботи системи з пропонованим модуК2=Рс/Р3=118/105=1,12 100%=112% лем у порівнянні з традиційними конструкціями Система, що заявляється, включає внутрішні контейнери, встановлені в зовнішній модуль, висозбільшується в 2-3 рази. Одночасно забезпечується зниження енерговитрат і матеріалоємності в 2-5 та (h) якого 615см, товщина стінки (t) до 5см, маса разів, що веде до зменшення коштів, що витрачасистеми (Рс) 25 тонн, маса відходів, що завантаються на матеріали, транспортування і монтажні жуються, (Р3) 125 тонн. роботи. Визначаємо: К1=t/h=50/615=0,01; К2=Рс/Р3=25/125=0,2 100%=20% Пропоноване сховище забезпечує досягнення головної вимоги в техніці обробки радіоактивного Конструктивне виконання заявленого модуля або іншого хімічно-активного зараження шкідливих дозволить одержати легкі, міцні, корозійностійкі, з відходів шля хом їх безпечного тривалого зберевисокою теплопровідністю захисні системи діамеження з можливістю їхнього перевантаження. тром до 300см, висотою до 900см, об'ємом до 60м 3 і масою до 30 тонн. У цілому забезпечується техніко-економічна ефективність і санітарно-екологічна безпека при Забезпечення радіаційного захисту системою рішенні питань контейнеризації радіаційнов діапазоні енергій від 30 до 1210КеВ дозволяє активних відходів, що деякою мірою залежить від розширити область застосування технічного ріправильного вибору матеріалів для їхнього вигошення, що заявляється. Технічний результат винаходу полягає в тому, товлення. що система, що заявляється, дозволяє одержувати надійні і економічні в експлуатації сховища із Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601