Система зберігання і транспортування радіоактивних відходів та спосіб зберігання і транспортування радіоактивних відходів

1. Система зберігання і транспортування для зберігання і транспортування радіоактивних відходів, що включає сховищну ємність (2) для приймання радіоактивних відходів, яка закрита вільно або знімно встановленою кришкою і яка з точки зору екранування радіоактивного випромінювання відповідає вимогам для зберігання в сховищі, зокрема у проміжному сховищі (40), і транспортну ємність (20), виконану з можливістю приймання сховищної ємності (2) для цілей транспортування поза проміжним сховищем (40), причому транспортна ємність (20) має таку ефективність екранування радіоактивного випромінювання і таку механічну стабільність, що лише комбінація цих властивостей із екранувальною ефективністю і механічною стабільністю сховищної ємності (2) забезпечує рівень цих властивостей, потрібний для транспортування радіоактивних відходів поза проміжним сховищем (40). 2. Система зберігання і транспортування за п. 1, яка відрізняється тим, що транспортна ємність (20) має вищі ефективність екранування радіоактивного випромінювання і механічну стабільність, ніж сховищна ємність (2). 3. Система зберігання і транспортування за п. 1, яка відрізняється тим, що сховищна ємність (2) виконана таким чином, що дотримане високе максимально допустиме значення потужності дози випромінювання у проміжному сховищі (40), одна 2 (19) 1 3 87485 4 портна ємність (20) виготовлена у вигляді стального контейнера. 14. Спосіб зберігання і транспортування радіоактивних відходів, згідно з яким відходи поміщають до сховищної ємності (2), і сховищну ємність (2) закривають вільно або знімно встановлюваною кришкою, причому сховищну ємність (2) виконують таким чином, що з точки зору екранування радіоактивного випромінювання вона відповідає вимогам для зберігання в сховищі, зокрема у проміжному сховищі (40), сховищну ємність (2) для цілей транспортування поза проміжним сховищем (40) поміщають до транспортної ємності (20), причому транспортну ємність (20) виконують таким чином, що лише комбінацією її ефективності екранування радіоактивного випромінювання і механічної стабільності із екранувальною ефективністю і механічною стабільністю поміщеної до неї сховищної ємності (2) забезпечують рівень цих властивостей, потрібний для транспортування радіоактивних відходів поза проміжним сховищем (40). Винахід стосується системи зберігання і транспортування, а також способу зберігання і транспортування радіоактивних відходів. По закінченні господарського використання радіоактивних матеріалів через їх залишкове випромінювання і тривалі періоди напіврозпаду їх слід відповідним чином утилізувати. Зокрема при виробленні енергії з використанням ядерної енергії утворюються значні кількості радіоактивних відходів. Ними - поряд із відпрацьованими тепловидільними елементами - є також радіоактивні елементи слабкого і середнього рівня активності наприклад, заражене обладнання. Рідкі радіоактивні відходи часто у цементувальній установці заливають для утворення твердої маси, яку, наприклад, поміщають у бочки. Внаслідок тривалих періодів напіврозпаду має бути забезпечене надійне зберігання відходів. Зараз радіоактивні відходи у Німеччині протягом кількох років зберігають у проміжних сховищах, поки їх не транспортують у ще визначуваний могильник (кінцеве сховище) для захоронення. Тому необхідно щоб ємності, до яких поміщені радіоактивні відходи, відповідали як вимогам зберігання у проміжному сховищі і у могильнику, так і вимогам для транспортування, наприклад між проміжним сховищем і могильником. Внаслідок цього до ємностей висуваються загалом дуже високі вимоги як з точки зору екранування випромінювання поміщених до них радіоактивних відходів, так і з точки зону достатньої транспортної надійності, наприклад, достатньо високої механічної міцності, щоб у разі дорожньої аварії під час транспортування надійно уникнути виходу радіоактивності. Через ці вимоги сучасні ємності для транспортування і зберігання дуже складні і відповідно дорогі. В основу винаходу покладено задачу забезпечення спрощеного і дешевшого зберігання, а також спрощеного і дешевшого транспортування радіоактивних відходів слабкої і середньої активності. Згідно з винаходом задача вирішена у системі зберігання і транспортування радіоактивних відходів, у якій передбачена сховищна ємність, призначена для приймання радіоактивних відходів, причому сховищна ємність виконана таким чином, що вона задовольняє лише вимогам для зберігання у сховищі, зокрема у проміжному сховищі, одначе не відповідає вимогам для транспортування поза сховищем, і причому сховищна ємність для транспортування поза сховищем розрахована на розміщення у транспортній ємності, виконаній таким чином, що вона відповідає більш високим транспортним вимогам. В основу цієї системи покладена ідея різні вимоги до зберігання і транспортування врахувати таким чином, що функції зберігання і транспортування, виконувані однією ємністю для радіоактивних відходів, розділити між двома ємностями, розрахованими на різні вимоги. А саме: передбачена спеціальна сховищна ємність, яка перевозиться у спеціальній транспортній ємності. Завдяки нижчим вимогам до ємності у проміжному сховищі, сховищна ємність може бути виконана значно простішою і відповідно дешевшою, ніж використовувані досі ємності, розраховані як для зберігання, так і для транспортування. До того ж, завдяки розділенню функцій зберігання і транспортування залишається відкритою можливість для вибору різних систем зберігання у могильнику для захоронення. Оскільки проміжні сховища розраховані на термін зберігання, наприклад, 30 років, завдяки цьому можуть бути враховані технічні досягнення і знання для захоронення радіоактивних відходів. До ємностей висуваються зокрема вимоги, з одного боку з точки зору екранування радіоактивного випромінювання, а з другого боку - з точки зору механічної міцності. Рівень обох цих вимог у проміжному сховищі зазвичай значно нижчий, оскільки, наприклад, при зберіганні порівняно з транспортуванням відсутній ризик аварії (механічна міцність). Функція екранування випромінювання переймається самим проміжним сховищем, яке, будучи розміщеним на території ядерної станції, виконане у вигляді частини її будівлі, тоді як при транспортуванні ємність перебуває у безпосередньому контакті з довкіллям і тому повинна мати краще екранування, ніж ємність для проміжного сховища. Ємності мають бути виконані таким чином, щоб не перевищувалася максимально припустима потужність дози випромінювання. Тому сховищна ємність розрахована лише на дотримання більш високого значення максимально припустимої потужності дози випромінювання у проміжному сховищі, а не на дотримання нижчого значення максимально припустимої потужності дози випромінювання поза проміжним сховищем. Лише шляхом поміщення сховищної ємності до транспортної ємності значення потужності дози випромінювання стає нижчим від максимально припустимого значення поза проміжним сховищем. 5 У доцільній формі виконання сховищна ємність розрахована на поміщення до неї кількох одиниць тари з радіоактивними відходами. Завдяки цьому спрощується обходження з тарою і уможливлюється її групова обробка. Є також можливість у разі потреби передбачити додаткові заходи щодо екранування, а також підвищення механічної міцності. Так, наприклад, призначені для захоронення, поміщені до сховищної ємності бочки можуть бути залиті у ній. У альтернативній переважній формі виконання сховищна ємність може бути розрахована на приймання твердих радіоактивних відходів без залучення тари. Для забезпечення доступу до окремих одиниць тари, зокрема бочок, у сховищній ємності у доцільній формі виконання передбачено, що ємність закрита лише вільно встановленою або знімною кришкою. Завдяки цьому у будь-який момент кришку можна зняти і вкладені до ємності бочки, наприклад, автоматично оглянути чи проконтролювати. До того ж, можливе також маніпулювання окремими бочками. Зокрема у разі виконання з вільною кришкою залишається відкритою можливість для захоронення окремі бочки закривати відповідно до найновіших технологічних знань. Для забезпечення економії місця і стійкості зберігання у проміжному сховищі сховищна ємність виконана з можливістю стапелювання. Для цього вона має, наприклад, прямокутний поперечний переріз, на нижній поверхні встановлені ніжки, а на верхній поверхні приймальні гнізда чи напрямні для ніжок наступного контейнера, як це робиться зазвичай для стапельних контейнерів. У доцільній формі виконання сховищна ємність виконана у вигляді контейнера, бічні стінки і дно якого виготовлені із бетонної структури або із сталі. Бетонна структура може мати відповідне армування. Застосуванням бетонної структури простим чином і дешево забезпечується як добре екранування, так і достатня механічна міцність для зберігання. Одначе при цьому товщина стінок менша порівняно з транспортною ємністю, виконаною у вигляді транспортного контейнера. Для зменшення витрат транспортний контейнер згідно зпереважною формою виконання розрахований на багаторазове транспортування сховищних контейнерів. Завдяки повторному використанню транспортних контейнерів, потрібна невелика їх кількість. Відповідно транспортний контейнер може бути виконаний складним і розрахованим на найвищі вимоги безпеки, суттєво не впливаючи на загальну вартість системи зберігання і транспортування. Для забезпечення багаторазового завантаження і вивантаження транспортного контейнера він оснащений кришкою з електроприводом. Для оптимального завантаження і надійного утримування сховищних контейнерів у транспортному контейнері внутрішні розміри останнього узгоджені з зовнішніми розмірами сховищного контейнера. До того ж, для простого поміщення і надійного утримування контейнерів на стінках транспортного контейнера встановлені напрямні у вигляді профілів чи планок. Завдяки цьому сховищні контейнери утримуються у транспортному кон 87485 6 тейнері без люфта. Для легкого введення контейнера в напрямні вони мають похилі вхідні поверхні. У доцільній формі виконання транспортний контейнер виготовлений із сталі з високою екранувальною здатністю і високою механічною міцністю. Крім того, згідно з винаходом задача вирішена у способі зберігання і транспортування радіоактивних відходів згідно з пунктом 14. Переваги і переважні форми виконання, наведені у зв'язку з системою зберігання і транспортування, можна перенести також на спосіб. Нижче приклад виконання винаходу детальніше пояснюється з використанням фігур. На них схематично зображено: Фіг.1. Переріз сховищної ємності з вільно встановлюваною кришкою у виді збоку, Фіг.2. Переріз сховищної ємності згідно з Фіг.1 у виді з іншого боку, Фіг.3. Сховищна ємність згідно з фігурами 1 і 2 у виді зверху із вказанням положення площин перерізу для Фіг.1 і 2, Фіг. 4. Транспортна ємність у перспективному виді, Фіг.5. Транспортна ємність згідно з Фіг.4 у виді збоку зі схематично зображеною кабіною водія вантажного автомобіля, Фіг.6. Ілюстрація до системи утилізації радіоактивних відходів. Сховищна ємність 2 згідно з фігурами 1-3 виконана у вигляді контейнера, бічні стінки 4 якого разом із дном 6 виконані із монолітної бетонної структури. Для закривання сховищної ємності 2 передбачена виконана переважно також із бетону, оснащена скобою 9 кришка 8, яка для закривання ємності 2 лише вільно накладається на бічні стінки 4. Сховищна ємність 2 має прямокутну форму основи і виконана придатною для стапелювання. Для цього на нижній поверхні дна б у чотирьох кутках встановлені ніжки 10. На верхній торцевій поверхні бічних стінок 4 у кутках виконано гнізда 12 або напрямні, в які при стапелюванні вставляються ніжки 10 верхньої ємності 2. Сховищна ємність 2 у наведеному прикладі виконання призначена для поміщення до неї загалом 8 одиниць тари у формі бочок 14. Для уникнення ковзання бочок 14 дно 6 виконане профільованим, зокрема воно має ромбоподібні виступи, завдяки чому утворюється загалом 8 окремих гнізд для бочок 14. Зображена на Фіг.4 і 5 транспортна ємність 20 спеціально пристосована для транспортування на території атомної станції. У наведеному прикладі виконання вона виготовлена у вигляді стального контейнера і закривається двостулковою кришкою 22. Для реверсивного закривання і відкривання ємності на зовнішній торцевій поверхні бічної стінки 24 встановлено два електродвигуни 26, які через тягові механізми 28 зв'язані кожен з однією зі стулок кришки 22. На бічній стінці 24 встановлені також замкові і запобіжні пристрої 30. Всередині ємності 20 на стінках 24 закріплені напрямні профілі 32, які на верхньому торці мають ввідні скоси 34. Внутрішні розміри транспортної ємності 20 розраховані таким чином, щоб зобра 7 жена на фігурах 1-3 сховищна ємність 2 точно утримувалася між напрямними профілями 32. Введення сховищної ємності 2 до транспортної ємності полегшується ввідними скосами 34. Завдяки їм здійснюється також автоматичне вирівнювання і центрування сховищної ємності 2. Транспортна ємність 20 призначена для транспортування вантажним автомобілем 36, кабіна якого схематично зображена на Фіг.5. Транспортна ємність 20 закріплена на вантажному автомобілі нарізним з'єднанням, іншим рознімним з'єднанням або також нерознімно за допомогою зварювання. Сховищна ємність 2 і транспортна ємність 20 є складовими єдиної концепції зберігання і транспортування радіоактивних відходів слабкої і середньої активності. Суть цієї концепції полягає в тому, що функції зберігання і транспортування розділені між двома різними комбінаціями ємностей. Так, з одного боку сховищна ємність 2 призначена лише для виконання функції зберігання, зокрема у не зображеному тут проміжному сховищі, а функція транспортування виконується шляхом комбінування транспортної ємності 20 і поміщеної до неї сховищної ємності 2. Не в останню чергу завдяки законодавчим положенням для зберігання радіоактивних відходів у проміжному сховищі і для їх транспортування діють різні положення і вимоги. Оскільки будівля проміжного сховища переймає на себе функцію екранування довкілля від випромінювання і відсутні ризики при транспортуванні, вимоги до ємностей, призначених для використання у проміжному сховищі, значно нижчі, ніж вимоги до транспортних ємностей. Відповідно до цього сховищна ємність 2 виконана з урахуванням вимог, дійсних для проміжного сховища. Це проявляється - порівняно з транспортною ємністю - у нижчій екранувальній здатності, а також у меншій товщині і нижчій механічній міцності. Тому сховищна ємність 2 виконана таким чином, що хоча при закладанні до неї радіоактивних відходів з певною початковою радіоактивністю і задовольняються вимоги щодо максимально допустимої у сховищі потужності дози випромінення, але не задовольняються значно жорсткіші вимоги щодо потужності дози випромінення, допустимої для довкілля проміжного сховища. Екранувальна здатність сховищної ємності 2 значною мірою визначається вибором матеріалів бічних стінок 4, дна 6 і кришки 8, густоти матеріалу, а також товщини стінок. Узгодження сховищної ємності 2 з нижчими вимогами всередині проміжного сховища - порівняно з ємністю, яка має задовольняти транспортним вимогам - виражається у тому, що a) при використанні такого ж матеріалу товщина стінок менша, b) при використанні такого ж матеріалу він може мати меншу густину і c) взагалі може бути використаний дешевший матеріал з меншою екранувальною здатністю і/або з меншою механічною міцністю. Завдяки цьому виникають значні можливості для економії коштів порівняно з ємностями, при 87485 8 значеними одночасно і для зберігання, і для транспортування. У прикладі виконання згідно з Фіг.1-3 сховищна ємність 2 виготовлена із бетону. Сховищна ємність 2 може бути виготовлена також із іншого матеріалу чи комбінації матеріалів, наприклад, із сталі. Більш високі вимоги до транспортних ємностей виражаються, наприклад, в уже згаданому меншому значенні максимальної допустимої потужності дози випромінювання, а також у жорсткіших вимогах до механічної міцності з урахуванням більш високого ризику нещасного випадку при транспортуванні. Більш високі вимоги до транспортування задовольняються шляхом комбінування транспортної ємності 20 з поміщеною до неї сховищною ємністю 2, причому уже сама транспортна ємність 20 може бути виконана таким чином, що вона сама задовольняє транспортним умовам, тому в принципі до транспортної ємності 20 могли б бути поміщені навіть незакриті бочки з радіоактивними відходами. Транспортна ємність 20 служить в основному для перевезень по території атомної станції. Для транспортування сховищної ємності 2 поза проміжним сховищем 40, наприклад, від вузла підготовки радіоактивних відходів, такого як цементувальна установка 42, до проміжного сховища 40 або із проміжного сховища 40 до могильника 44, як схематично показано на фіг. 6, або для інших маршрутів транспортування відкритими дорогами, передбачена транспортна ємність, яка задовольняє вимогам МАГАТЕ (Міжнародне агентство з атомної енергії; International Atomic Energy Agency = IAEA). При цьому вузол підготовки радіоактивних відходів представлений як частина атомної станції 46. Проміжне сховище 40 може бути спеціальною будівлею на території атомної станції. Під час експлуатації атомної установки, зокрема для вироблення енергії (атомна електростанція) утворюються як тверді, так і рідкі радіоактивні відходи малої і середньої активності, які мають бути відповідним чином утилізовані. Зокрема у разі рідких відходів їх часто у цементувальній установці 42 змішують з цементною масою і нею наповнюють уже згадані бочки 14, в яких маса затвердіває. Ці бочки 14, заповнені у цементувальній установці 42, поміщають до сховищної ємності 2, яку у свою чергу поміщають до транспортної ємності 20 і транспортують до проміжного сховища 40, де сховищну ємність 2 знову виймають із транспортної ємності 20 і встановлюють у призначене для неї місце зберігання. Для маніпулювання з бочками 14, а також зі сховищними ємностями 2 передбачені відповідні крани чи підйомні пристрої. Не в останню чергу на основі порівняно невисоких вимог у проміжному сховищі 40 кришка 8 може бути лише вільно накладена на сховищну ємність 2. Перевагою такого накривання ємності є те, що кришку 8 під час зберігання у проміжному сховищі без проблем можна зняти і перевірити поміщені до ємності бочки, а у разі потреби - наприклад при витіканні - замінити. Для маніпулювання кришкою 8 вона має скобу 9. Іншою суттєвою перевагою лише вільного чи знімного встановлення кришки 8 є те, що при про 9 міжному зберіганні однозначно не встановлюється вид підготовки радіоактивних відходів, а можливість для остаточної обробки залишається відкритою аж до поміщення відходів до могильника 44. Оскільки проміжне сховище 40 розраховане на термін зберігання радіоактивних відходів, наприклад, 30 років, то можуть пройти кілька десятиліть до переміщення відходів до могильника 44, протягом яких завдяки такому виконанні кришки 8 є можливість враховувати майбутні технологічні розробки чи знання для остаточної обробки відходів. Особливою перевагою сховищної ємності 2 є те, що вона розрахована на прийом радіоактивних відходів не лише у бочках 14, але й у відкритому вигляді. Порівняно проста підготовка відходів для поміщення їх до могильника 44 полягає у тому, що сховищну ємність 2 із встановленими до неї бочками 14 заливають цементною масою. Перелік позиційних позначень 2. Сховищна ємність 87485 10 4. Бічна стінка 6. Дно 8. Кришка 9. Скоба 10. Ніжка 12 Гніздо 14 Бочка ? Ромбоподібний виступ 20. Транспортна ємність 22. Кришка 24. Бічна стінка 26. Електродвигун 28. Тяговий механізм 30. Замковий і запобіжний пристрій 32. Напрямний профіль 34. Ввідний скіс 36. Вантажний автомобіль 40. Проміжне сховище 42. Цементувальна установка 44. Могильник 46. Атомна станція 11 Комп’ютерна верстка А. Рябко 87485 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601