Хранилище для радиоактивных материалов в скальной породе

(51) 4 0 21 Г 9 36 ВСТ13,"Яфф", ,ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) ХРАН 11 ЛИЩЕ ДЛЯ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СКАЛЬНОЙ ПОРОДЕ(57) Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов, Цель изобретения - повьппение безопасности хранения радиоактивных материалов, Хранилище содержит полый корпус 4 для размещения радиоактивных материалов, вокруг которого имеется скальная порода 6, в которой выполнена дополнительно еще одна полость 7, заполненная упругим материалом, разбухающим в воде. Вокруг другой полости на расстоянии от нее проФ ходит спиральный туннель 12, От спи- в1371511 30 рального туннеля отходят входные туннели по направлению к внутренним частям хранилища. Изобретение характери, Язуется наличием по меньшей мере одной клетки, образованной вертикальными Изобретение относится к устройствам для хранения радиоактивных материалов в скальной породе, в частности к хранилищам, предназначенным для долговременного хранения отработанного ядерного топлива ядерных реакторов и радиоактивных отходов, получаемых при переработке отработанного ядерного топлива, 10Целью изобретения является повышение безопасности хранения радиоактивных материалов.На фиг.1 схематически изображено предлагаемое хранилище; на фиг.2 - 1". хранилище, предназначенное для промежуточного хранения или окончательного захоронения радиоактивных материалов; на фиг.З - то же, внутренний объем; на фиг.4 - сечение Л-Л ца 20 фиг.З; на фиг.5 - хранилище с множеством сборников для размещения радиоактивного материала; нд фи .б - то же, с двумя сборниками для радиоактивного материала; на фиг.7 - сечение Б-Б на фиг.б; на фиг.8 - сечение В-В на фиг,б,Хранилище размещено в породе 1 ца определенной глубине под поверхностью 2 земли. В породе выполняется внутренняя полость 3, контур которой показан на фиг,1. Выполненный, например, из бетона, пустотелый корпус 4, внутренний объем которого образует пространство для хранения радиоактивных материалов, установлен внутри полости 3, так, что его внешние стенки отстоят от стенок полости 3Пространство между стенками по лости 3 и бетонного корпуса 4 заполнено глиной 5. Пространство внутри такого бетонного корпуса 4 предпочтительно использовэть для хранения низкоактивных отходов с ограниченной 45 тепловой нагрузкой. скважинами вокруг хранилища, предпочтительно соединяющимися со спиральным туннелем 12 для приема и отвода воды, подходящей к хранилищу и отходящей от него. 1 з.п.ф-лы, 8 ил. Полость 3 находится в скальной породе 6, которая, в свою очередь, находится во внешней полости 7, также заполненной глиной 8. В горизонтальном сечении полости 3 и 7 имеют круглую форму. В этом случае стенки внешней полости 7 образуют две концентрические окружцо тц. Корпус 4, имеющий эллцпсоидную, цилиндрическую или сферическую форму, снабжен в верхцей части отверстием, которое сообщается через шахту 9 с горизсцтдльцым туннелем 10, Радиоактивный материал может трацспортироцдтьси по туццегно 10 и шахте 9 в пустотелый бетонный корпус 4. Внутренний объем бетонного корпуса 4 разделен пере ородкдмц 11 ца несколько камер, в которые последовательно вводится радиоактивный материал, Некоторыекамеры, рдсцоложснные в верхней части хрдццлищд, це содержат радиоактивного мдтсридлд ц предназначены для сцих;еци коццснтрдциц тепла в хранилище, Хрдццлцщс может контролироваться с помощью телевизионной системы, камеры которой размещаются в отверстиях и/пи в верхней части полости 4, а мониторы рдсцоложецы ца расстоянии от храцилгцца.В скальной породе вне места фактического храцеции расположен спиральный туннель 12, который проходит отповерхности земли до нижнего уровняучастка хранения. Спиральный туннель 12 выполняется для транспортировки обломков породы цри строительствехранилища, от него отходят строительные галереи и туннели 13, направленные к центру хранилища, Между витка-ми спцрдльцого туннеля 2 проходятскважины 14, расположенные на расстоянии 1-2 м одна от другой. Корпус 4разделен на несколько камер 15. Сква 13751живы 14 открываются ВО Рттешнюн стенку/спирального туннеля 12 и,соединяясь,образуют множество скважин,проходящихвертикально от вершины 16 хранилищадо его нижнего уровня 17. Вода, проходящая по микро- и макротрещицам вокружающей скальной породе, по скважинам 14 проводится вокруг хранилищаили к его нижнему уровню 17, откуда 1 Ов случае необходимости может бытьоткачана насосами по трубопроводу 18,размещенному в спиральном туннеле 12,В определенных случаях скважины 14можно заполнить взрывчаткой и подорвать для образования трещин (предварительное раскалывание) между пробуренными скважинами, Таким способомможно получить максимальное количество трещин, ведущих к скважинам ц проходящих между ними, хотя расчеты показали, что сами скважины образуютполностью удовлетворительный гидрологический барьер,25Показанный транспортный туннель 10 может соединяться непосредственно с предприятием по переработке радиоактивных ядерных топлив. Это сттижает риск, связанный с транспортировкой радиоактивных отходов, Шахты, соединенные с транспортным туннелем 10, могут выходить в сооружения для приема радиоактивных отходов. Эти сооружения могут располагаться ца поверхности земли или быть заглублеттньтлти в35 грунт. Вертикальная шахта или ствол, проходящие вверх от туннеля 10, могут быть выполнены в скальной породе 6. Шахта предназначена для размещения устройств (не показаны) для измерения температуры, влажности и радиоактивного излучения. Эта измерительная аппаратура может быть соединена с соответствующими индикаторными устройствами на станции слежения посредством кабелей, проложенных в шахте 9 и туннеле 10, Измерительная апаратура может также быть размещена в туннеле 12.Хранилище может также быть оборудовано соответствующими подъемными (лифты, подъемники) и транспортными механизмами для транспортирования радиоактивных отходов по шахтам и для распределения отходов в пространстве для хранения в пустотелом корпусе 4, Такое подъемно-транспортное оборудование управляется дистанционно. Хранилище может быть построено с помощью известных способов извлечения породы. Сначала в породе проходятся рабочие и транспортные туннели и стволы в том месте, где должны быть размещены указанные две полости. Взрывная проходка полостей может осуществляться снизу вверх. Внешняя полость 7 последовательно заполняется смесью бетонита ц песка по мере удаления обломков породы, Бетонитопесчаная смесь трамбуется до такого состояния, чтобы в ней не оставалось пор, Глину, расположенную в нижних уровнях, можно стабилизировать, добавляя соответствующий стабилизирующий агент, например тттдрт;овт.ттт песок, чтобы глина надежно выдерживала нагрузку массы скальной породы 6. Когда выработана полость 3, ца дтто этой полости закттадт тттают бетоттцтоттесчаиуюсмесь ца достаточную высоту или глубину, После этого отливают пустотелый бетоттцьттт корпус 4 вместе состзттзаттттотт с ттттлт шахтой 9, Когда бетон застынет, пространство между бетонным корпусом и стенками внутренней полости полностью заполняют глиной, По завершеттци стротттеттьсттта рабочие и ттаттслтотттт,те т уттттетттт лтогутбыть заполнены бетоном,Любые трещины, растталожеттттвте вскальной массе рттдолт с полостями,можно затттттт, бетоном или каким-либоуплотцяющим материалом, например,пластическим. Предлагаемое хранилище может содержать множество оболочек из различных материалов, расположенных одна в другой, например, внутренний бетонный корпус 4, первая полость 3 из бетонитопесчаной смеси, скальная порода 6 и вторая полость 7 из бетонитопесчаной смеси, которая полностью окружена породой,Согласно варианту исполнеция хранилище (фиг2-4) содержит пустотелый корпус 4, в котором имеется открытое верхнее пространство 19, имеющее форму конуса, выполненное в скале, а внизу выполнен кольцевой туннель 20. Мекду кольцевым туннелем 20 и коническим верхним пространством 19 проходят вертикальные туннели 21 большого диаметра для создания вентиляционных проходов, обеспечивающих конвекционную вентиляцию и охлажде 1371511ние расположенного между ними скального материала. В этом скальном материале также выполнено множествовертикальных галерей 22 меньшего диаметра, чем вертикальные туннели 21,Диаметр более узких вертикальных галерей 22 составляет примерно 1-1,5 м,а диаметр вертикальных туннелей 21составляет 2-6 м, Вертикальные туннели и галереи могут быть выполненыизвестными способами. Радиоактивныематериалы размещают в более узкихвертикальных галереях 22 для получения наивысшей тепловой эмиссии внижней части этих галерей с тем,чтобы добиться циркуляции воздуха,показанной стрелками на фиг.2. Радиоактивный материал вводится в хранилище по вертикальной шахте 23 и распределяется по различным вертикальным галереям роботами (не показаны),контролируемыми по телевидению.Как показано на фиг.4, туннели 21и галереи 22 располагают по окружностям, в результате чего достигаетсямаксимальное охлаждение скального материала. Вследствие циркуляции воздуха в галереях 22 происходит первичное охлаждение, т.е. нагрузка наскальный материал значительно меньше,чем если бы все отводилось по этомускальному материалу.,Как показано на фиг.3 и 4, на расстоянии от пустотелого корпуса 4 расположена другая полость 24, котораязаполнена пластически деформируемымматериалом, например бетонитопесчаной смесью.Однако создание бетонитового барьера необязательно (фиг.2), посколькуво многих случаях наличия внешнейклетки, образованной спиральным туннелем 12 и скважинами 14, оказывается достаточным для предотвращенияпроникновения воды в систему. Вокруг хранилища может быть расположен еще один барьер из пробуренных скважин 25 (фиг.2), который может быть соединен с клеткой в ее нижнем уровне для эвакуации воды, проникшей в клетку. Скважины 25 проходятся из двух кольцевых туннелей 26 и 27, расположенных на уровнях вершины и основания хранилища соответственно.Под нижним уровнем 17 хранилища размещено насосное помещение 28, соединенное с ним туннепем 29. 5 10 15 20 25 30 :35 10 45 50 55 Область вокруг скважины 25 можетбыть предварительно подвергнута предварительному растрескиванию,Если скальные породы вне хранилища смещаются, оседают или подвергаются деформации, перемещения породыв первую очередь вызывают деформациювнешней заполненной глиной полости 7или 24. Если эта полость достаточноширока, деформирующие усилия не передаются на внутреннюю оболочку всколь-нибудь значительной степени,Однако, если порода деформируетсядо такой степени, что затрагиваетсяи скальная порода 6, деформирующиеусилия демпфируются внутренней глинистой оболочкой. Внутренний бетонный корпус 4, имеющий элипсоидную,цилиндрическую или сферическую форму, очень прочен и устойчив к воздействию внешнего давления, поэтому даже большие деформирующие усилия,например, вызываемые землетрясениями,не могут воздействовать на хранилище в такой степени, чтобы разрушитьвнутренний бетонный корпус 4.На фиг.5 показано хранилище, вкотором собрано несколько корпусов 4(в данном случае семь), расположенных в Форме правильного шестиугольника с центральным участком. Каждыйкорпус 4 имеет диаметр 120 м и расположен на расстоянии 120 м от соседних корпусов. Вокруг всех этихкорпусов пробит спиральный туннель 12,по которому расположена первая серия 30 вертикальных скважин. Две другие серии 31 и 32 скважинных завесрасположены в скальных породах нарасстоянии 30 м друг от друга и нарасстоянии 30 м от первой внутреннейсерии скважин,На фиг.6 показано хранилище (вертикальное сечение), имеющее два корпуса 4 для хранения радиоактивныхотходов. Вне двух корпусов 4 для хранения расположены разнесенные другот друга два защитных барьера, выполненные вертикальными скважинами 33 и 34, соединенные друг с другом наклонными барьерами 35 и 36 дляобразования клеток. Бурение скважин,образующих барьеры, осуществляетсяиз предварительно пройденных двенадцати горизонтальных туннелей 37. Каждый корпус 4 содержит верхний горизонтальный центральный туннель 38,из которого пробурено большое коли 1371511чество вертикальных скважин 39, причем эти скважины образуют пространство для хранения радиоактивного материала, Под этими скважинами проходит5 нижний горизонтальный центральный туннель 40, предназначенный для вентиляции хранилища. Вентиляция, кроме того, обеспечивается четырьмя вертикальными скважинами 41 большего размера в каждом из хранилищ, а также двумя горизонтальными верхними 42 и двумя горизонтальными нижними 43 туннелями, которые сообщаются соответственно с центральными скважинами 39 1 и туннелями 40 через вертикальные скважины 44. Верхние 42 и нижние 43 туннели соединены также друг с другом соединительным туннелем 45.Радиоактивный материал, подлежащий хранению, вводится в верхний горизонтальный туннель 38 по транспортному туннелю (не показан и оттуда в скважины 39 роботами, контролируемыми по телевидению. Эти роботы могут 2 обеспечить хранение радиоактивного материала и между скважинами,Хранилище выполняется на большой глубине в скалах. Горизонтальный участок хранилища имеет диаметр около 170 м, центральный корпус хранилища, снабженный внутренним глиняным или бетонитовым барьером - около 4 м. Между этим барьером и вторфм глиняным или бетонитовым барьером находит 35 ся примерно 40 м твердой скальной породы, а между этим, вторым барьером и спиральным туннелем шириной 4-8 м имеется еще один скальный барьер толщиной 15-20 м.В зависимости от того, предназначено ли хранилище для окончательного захоронения илн для промежуточного складирования радиоактивных отходов, а также от степени вентиляции хранилища для охлаждения радиоактивного материала такое хранилище может вместить до 1500 т радиоактивного материала. Рассчитано, что максимальная температура внутри полости в скале достигает 180 С через 30-15 лет, а за счет промежуточного складирования при хорошей вентиляции эта температура может быть значительно снижена.1Формула изобретения1, Хранилище для радиоактивных материалов в скальной породе, содержащее полость, выполненную в скальнойпороде, и полый корпус для хранения радиоактивного материала, расположенный внутри полости, причем пространство между стенками полости и полого корпуса заполнено пластически деформируемым материалом, а вокруг полости выполнен спирально проходящий туннель, связанный с полостью и полым корпусом через входные туннели, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения безопасности хранения радиоактивных материалов, вокруг полости выполнены вертикальные скважины, сообщающиеся со спиральным туннелем и образующие с ним по крайней мере одну клетку вокруг внсшней полости, причем расстояние между скважинами не превышает 4 м.2, Хранилище по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что вертикальные скважины разнесены друг от друга на расстояние 1-2 м.1371511 39 М Составитель Т, ВладимироваТехред М.Моргентал Корректор М.шароши Редактор Л.Веселовская Тирах 395 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5 Заказ 435/59 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 1ЗФ1111ЗЗ0000оооо00000000000ооооооооооооОКО00000000ооооОООО0000ооо0000000ООООооо00 000000оо ооооо о000000000000ооооОООООООО0 Оооо 0000 0000 0000 оооо 0000 оо о ооо о 1 00 00 оо 00 ОО 00 00 ОО 00 ОО 00 00 00 оо 00 Оо ОО Оо 00 о 0 00 оо оо оооо оо 00 оо оо оо оо оо оо оооо 0000 0000 000003911