Подземное хранилище для размещения радиоактивного и другого материала

и 3 ОО м, чт равд еленныестия выЭонцами. . и 4 ото ими его 1, 3 ем, что енные ии з б соединяющимиединения к уси обработки.по пунктам;п.11п.2; выполнен для их и твам ству для подъемаПриорите 13.12.76 по 19.01,77 по 30.06.77 по и ОСУДАРСТВЕККЫЙ НОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ(56) Спицын Е,Я. Переработка и захор .кение радиоактивных отходов лабораторий. М Атомиздат, 1965, с,1141.1 6 .Патент США У 39 2 59 95 ,кл . й 2 1 Е 9 / 2 4 ) 1 9 7 5 .( 54 ) ( 57 ) 1 . ПОДЗЕМНОЕ ХРА 11 ИЛИЩЕ ДЛЯРАЗ 1"1 ЕЩЕНИЯ РАДИОАКТИВНОГО И ДРУГОГОМАТЕРИАЛА , содержащее полость в корен.иой городе , в которую помещено полоетело из бетона , отделенное со всехсторон зазором от стенки полости исвязанно е с вертикальным стволом ,проходящим через коренную породу,о т л и ч а ю щ е е с я тем , что ,с целью обесп ечения надежности хранения , полость в коренной породеограничена оболочкой из той же коренной по родь 1, которая в свою очередь отделена со всех сторон зазором о т монолита коренной породы ,при этом оболочка из коренной породы выполнена сферической или эллипсоидальной формы , причем зазор между .полым телом из бетона и стенкой по-лости и зазор между стенкой оболочки, из коренной породы и монолитом корен-.ной породы заполнены глиной ,2 . Хранилище но п . 1 , о т л и -ч а ю щ е е с я тем , что оболочка из кореннои породы проходит до ур вня поверхности коренной породы.3, Хранилище по лп.1 и 2, о тл и ч аю щ е е с я тем,что внутри полого тела размещен цилиндрический элемент с открытыми концамц, содержащий сферические тела и выполненный из усиленного бетона, ось которого преимущественно проходит вертикально, так что он делит внутреннее прост" ранство полого тела на внутреннее отделение, охваченное цилиндрическим элементом, и наружное отделение между наружной стороной цилиндрического элемента и стенкой внутренней полос- Я ти, при этом внутреннее и наружное отделения сообщаются одно с другим с обоих концов, причем сферические тела, выполненные из бетона, изготов- Се лены заполняющими как внутреннее,ФС так и наружное отделения, имеют сквоз ные отверстия для приема радиоактив" ного материала и расположены только . )аваФ в нижней части цилшщрического эле-саввмента. 4, Хранилище по пп л и ч а ю щ е е с я т рический элемент имее пс перифериипромежутк полненные смежно с обо 5Хранилище по пп лич ающе е ся т ческие тела, изготовл1163808 2 земли,Изобретение относится к системам,предназначенным для хранения радиоактивного материала в подземных хранилищах, а именно к хранилищам длядолговременного сохранения в них отработанного топлива ядерных реакторов и радиоактивных отходов, которыеполучаются при переработке упомянутого ядерного топлива.Цель изобретения - обеспечение 10надежности хранения,На фиг.1 показан первый вариантхранилища, вертикальный разрез; нафиг.2 - второй вариант хранилища,в котором внутренняя полость тела из 15коренной породы проходит до уровняповерхности коренной породы, вертикальный разрез; на фиг.3 - третийвариант хранилища с более эффективнымотводом тепла, вертикальный разрез; 10на фиг.4 - одно из сферических тел,выполненных из бетона и заполняющихвнутренность полого тела,В монолите породы 1 размещаетсяхранилище, находящееся на определенной глубине от поверхности 2 земли,В породе вырывают полость 3, внутрикоторого размещают полое тело 4, изготовленное иэ бетона, внутренняяполость которого содержит достаточное пространство для размещения радиоактивного материала, при этом влюбой точке внешняя поверхность полого тела 4 пространственно удалена отстенок полости 3, Пространство междустенкой полости 3 и полым телом 4 эа 35полнено глиной 5.Полость 3 целиком окружена оболочкой б иэ кореннои породы, которая всвою очередь отделена со всех сторонзазором 7 от монолита коренной породы 1. Зазор 7 также заполнен глиной8. Полость 3 и оболочка 6 предпочтительно имеют круглую форму.Выполненное иэ бетона полое тело45 14,-которое имеет эллнпсоидальную фор.му, снабжено отверстием, расположенным в верхней его части, которое сообщается посредством ствола 9 с горизонтальным туннелем 10. Через тун, 50нель 10 и ствол 9 .радиоактивный материал может передаваться в полоетело 4,Ствол 11 направлен вверх к горизонтальному туннелю 10 и предназна чен для осмотра хранилища. Персонал, осуществляющий контроль за хранилищем, может быть опущен вниз через ствол 11 для визуальной инспекции внутренней полости полого тела 4, Наблюдение можно осуществлять также с с помощью телевизионной системы,Вертикальный ствол 12 проходит через оболочку 6 иэ коренной породы вверх к горизонтальному туннелю 1 О, В стволе 12 установлены измерительные приборы (не показаны), предназначенные для определения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эти измерительные приборы могут соединяться с помощью проводов, проходящих по стволу 9 и туннелю 10, с показывающими устройства,ми, размещенными в пункте наблюдения и контроля,Б монолите коренной породы 1 вне пределов хранилища могут быть предусмотрены дренажные туннели 13, рас. положенные по окружности вокруг хранилища, Назначением этих дренажных туннелей 13 является отведение грунтовых вод, которые могут находитьсяв коренной породе за пределами хранилища. Скважина 14 проходит от дренажных туннелей 13 к поверхности Горизонтальный туннель 1 О можетсообщаться непосредственно с предприятием, осуществляющим регенерацию отработанного ядерного горючего,поэтому в данном случае уменьшаетсяопасность радиоактивного зараженияимеющая .место при транспортировкерадиоактивных отходов. Система снабжена соответствующими подъемными и транспортными средствами для перемещения радиоактивных отходов по стволу 9 и распределения отходов в пространстве внутри полого тела 4, выполненного из бетона,Создание системы может быть осуществлено путем использования известных способов экскавации земли.Прежде всего делают рабочие и транспортные туннели, пробуриваемые в породе до того места, где должны будут размещаться полость 3 и оболочка 6Экскавация полостей осуществляется снизу вверх, Зазор 7 наполняют глиной сразу же после того, как из него удалена порода. Глину подают нод давлением, так что при этом в ней не ос" тается никаких пустот, В области (фиг.1 пунктирные линии 15), примыкающей к дну зазора 7, глину необходимо стабилизировать путем добавления1163808 в нее подходящего стабилизирующего.реагента, это необходимо для того,.чтобы она выдерживала более прочнодавление оболочки 6 из коренной породы. Когда вырыта полость 3, дно 5ее заполняют глиной до определеннойвысоты. Затем изготавливают полое тело 4 из бетона и соединяющие стволы9 и 11. После затвердевания бетонаи размещения на внешней поверхности 10полого тела 4 из бетона изолирующегослоя пластика пространство между полым телом 4 из бетона и стенками полости 3 целиком заполняют глиной,Когда структура хранилища полностью 1завершена, упомянутые рабочие и транс"портные туннели могут быть залиты бетоном,Трещины и разрывы, которые могутиметь место в коренной породе вблизи 31местонахожцения двух полостей, закрывают путем подачи в них бетона.Если имеютместо смещения илиопускания породы вне хранилища, то. эти перемещения прежде вызывают де- дформацию глины 8 в зазоре 7, Еслитолщина этой глиняной оболочки достаточна, то деформация не передаетсяследующим оболочкам. Если же деформация будет такой силы, что захватитдаже оболочку 6 из коренной породы,то силы, вызывающие деформацию, пог"лощаются слоем глины 5 в пространствамежду стенкой полости 3 и полым телом4. Расположенное внутри всей системыЭЗполое тело 4 из бетона имеет предпочтительно эллипсообразную или сферическую форму, обеспечивающую оченьвысокую сопротивляемость воздействиюнапряжений, действующих на нее извне,49поэтому даже деформации очень сильнойамплитуды, например деформации, вызываемые землетрясением, не могутвоздействовать на подобную системутаким образом, чтобы разрушилось полое тело 4 из бетона.Во втором варианте хранилища(фиг,2) зазор 7 доходит до поверхности земли 2. Горизонтальное сечениезазора 7 предпочтительно имеет форФму трубки.в. На поверхности земли зазор 7 закрыт. слоем бетона 16, препятствующимвыдавливанию на поверхность глины 8.Слой бетона 16 делают весьма толстым 55для того, чтобы предотвратить такжевоэможность намеренного повреждениясистемы. 4Второй вариант (Фиг,2) особенно предпочтителен для тех случаев, когда уровень грунтовых вбд в.породе, окружающейхранилище, очень высок, Оболочка 6, состоящая из коренной породы, ;расположенная внутри зазора 7,.заполненного глиной 8, может иметь систему дренажа так что в ней не остает, ся никаких грунтовых вод, а оболочка иэ глины 8 эффективно препятствует проникновению грунтовых вод из находящейся с внешней стороны от нее моно." лита коренной породы 1 в систему.В третьем варианте хранилища (фиг. 3 и 4 тепло, образующееся под воздействием находящегося на хранении радиоактивного материала, распределяется и рассеивается простым и эффективным способом.Хранилище ( фиг.3- 4).может размещаться в монолите коренной породы 1 на определенной глубине ниже уровня земной поверхности 2. Эта глубинаможет соответствоват например300-600 м, В монолите коренной "йороды 1 выбирается полость и В этой . полости остается оболочка 6 из коренной породы, Зазор 7 между оболочкоц 6 и монолитомкоренной породы 1 заполнен глиной 8, которая образует оболочку, закрывающую оболочку 6 из коренной породы, Оболочка 6 из коренной породы устанавливается в определенное положение по отношению к находящемуся снаружи монолиту коренной породы 1 с помощью опорных элементов 17, которые могут состоять цз усиленного бетона илц оставшейся породы.Оболочка 6 из коренной породы содержит полость 3, имеющую сферическую форму и сообщающуюся посредством вертикального ствола 9 с горизонталь ным туннелем О, который расположен. вблизи уровня поверхности земли 2. Полость 3 и ствол 9 окаймлены усиленным бетоном 18. Полость 3 содержит пространство, в котором размещается радиоактивный материал,. Внутри полости 3 устанавливается вертикально цилиндрический. элемент 19, выполненный из усиленно.го бетона. В нижнем конце цилиндрического элемента 19 предусмотрены два ряда вентиляционных отверстий 20 выполненных по периферии. Вблизи верхней части цилиндрического элемен". та 19 предусмотрен ряд,отверстий 21,1163808 51 О нанесенных также по периферии стенки. Цилиндрический элемент 19 опираетсясвоим нижним концом на дно полости3, в то время как его верхний конецустановлен на некотором расстоянииот ее верхней части, Таким образом,цилиндрический элемент 19 делит по."лость 3 на внешнее пространство между внешней поверхностью цилиндрического элемента 19 и стенкой полости З.и на внутреннее пространство, образованное внутренней полостью цилиндрического элемента 19. Эти пространст-. ва сообщаютсяодно с другим черезвентиляционные отверстия 20 в нижнем конце и через открытый верхний конец цилиндрического элемента 19 и отверст тия 21.Пространство в полости 3, которое не занято цилиндрическим элементом 20 19, наполняют сферическими телами 22. (Фиг.4)выполненными в форме ша/ров и изготовленными из бетона, причем все они имеют одинаковые диаметры, Сферическое тело снабжено рядом 25 сквозных отверстий 23 (в данном случае три),Сквозные отверстия 23 выполнены в форме прямых цилиндров, причем они размещены таким образом, что линии, проходящие через их цент" 3 О ры, находятся в вершинах равносторон. него треугольника. Каждое сферическое тело 22 снабжено крюком или выступом 24, который прикреплен к шаруи с помощью которого шар можно поднимать или опускать. Сферические тела 22 помещаются в полости 3 таким образом, что проделанные в них сквозные отверстия 23 располагаются подопределенным углом к горизонтальной плоскости, Этот угол выбирается таким образом, что сквозные отверстия 23заканчиваются в пространствах находящихся между сферическими телами22, Крюк или. выступ 24 установленотносительно сквозных отверстий 23 таким образом, что когда сферическоетело 22 опускают в полость 3, зацепив его за крюк или выступ 24, сквозныеотверстия 23 автоматически устанавливаются в требуемом направлении. Радиоактивный материал, предназначвнный для размещения в хранилище находится в твердом виде и имеет форму стержней. Таким образому отрабо танные элементы и кассеты топливных , элементов, извлеченные из ядерногореактора, могут храниться беэ всякой последующей обработки в предлагаемомхранилище. Стержни радиоактивного материалаподаются в сквозные отверстия 23 для размещения в некоторых сферическихтелах 22, а именно в тех из них, которые размещаются внутри цилиндрического элемента 19, и предпочтительнотолько в тех, которые находятся в.нижней части внутреннего пространства цилиндрического элемента 19. Целесообразно цилиндрический элемент 19заполняется сферическими телами 22,содержащими радиоактивный материал,только на одну треть своей высоты,Стержни .радиоактивного материалапомещаются в сквозные отверстия 23в сферических телах 22 таким образом,что стержни пространственно удаленыот внутренней поверхности сквозныхотверстий 23, что обеспечивает свободную циркуляцию воздуха через сквозные отверстия 23 вдоль стержней радиоактивного материала, На фиг.4 некоторые стержни топливных элементов 25помещены в сквозные отверстия 23 сферических тел 22 Стержни топливныхэлементов 25 уложены внутри отверстий 23 с помощью подходящих для этих целейопорных устройств (не показаны),Строительство хранилища может бытьосуществлено путем проведения вэрывных работ по известной методике. Внутреннюю полость 3 необходимо облицеватьвнутри значительно усиленным бетоном. Бетонный цилиндрический элемент 19 изготавливают путем заливки бетона на то место, где он должен находиться, внутри полости 3, Пространство с внешней стороны цилиндрического элемента 19 заполняется бетонными сферическими телами 22, которые опускаются туда через ствол 9. Бетонные сферические тела 22, содержащие радиоактивный материал, размещаются на дне цилиндрического элемента 19, и над ними размещаются сферические тела 22, кото, рые не содержат радиоактивного материала. Ствол 9 выходит нижним своим концом непосредственно над верхним отверстием цилиндрического элемента 19, Если имеется необходимость, сферические тела 22 можно легко вынуть из внутреннего пространства цилиндричес кого элемента 19, что может оказаться желательным, например, в том случае, когда хранимый в них радиоактивный7116 материал необходимо вынуть для регене рации.В хранилище (фиг.Э и 4) воздух, находящийся в нижней чагтй цилиндрического элемента 19, нагревается под 5 воздействием тепла, испускаемого радиоактивным материалом, и поднимается внутри этого элемента до самого его верха, а там направляется через отверстия 21 в верхней части в сторону 10 стенки полости 3, где он охлаждается и стекает вниз в пространство, расположенное между цилиндрическим элементом 19 и стенкой полости 3. После этого воздухвновь поступаетв цилинд рический элемент 19 через вентиляцион ные отверстия 20 в нижней его части, контактирует с радиоактивным материалом, снова подогревается, а эатем цикл повторяется. Воздух протекает 20 через пространство между сферическими 3808 8телами 22 и через сквозные отверстия 23 в этих телах. Таким образом, сферические .тела 22 действуют в качестве пористой массы, которая обеспечивает относительно свободное и быстрое перемещение воздуха и одновременно препятствует воэможности сжатия и обруши" вания полости под воздействием значи тельных внешних сип. Таким образом, предлагаемое хранилище может обеспечить безопасное раз. мещение радиоактивных, отходов в тече-: ние периода времени, достаточно длинного для того, чтобы уровень радиации этих материалов снизился до безопасного уровня.1(роме того, хранилище может также использоваться для размещения в нем и других материалов, не являющихся радиоактивными отходами.,/ректор С,Шекмар Тираж 408 одписно ственного комитетаСССРобретений и открь)тий, Ж, Раушская наб., д.4/5 ал ППП "Патент",каз 4116/57 ВНИИПИ ГосУ по делам 113035, Мос