Способ захоронения радиоактивных отходов

Способ захоронения радиоактивных отходов

Реферат

 

Использование: изобретение относится к обращению с высокоактивными отходами (ВАО) ядерной энергетики и ядерного оружейного комплекса. Сущность изобретения: отходы размещают в подземной камере в породах с определенными характеристиками, в толще которых отсутствуют водные потоки. Подземную камеру выполняют в форме центрального объема с радиально расходящимися боксами с нишами, в которых располагают упаковки с объектами захоронения в пределах зоны ударно-волнового расплава от единичного заряда, свободное пространство боксов забивают сыпучими стеклообразующими добавками, каждый из боксов соединяют радиальным каналом с отсеком захоронения, отсеки располагают в зоне смятия пород за пределами столба обрушения. В центральном объеме камеры располагают группу термоядерных зарядов, причем положение их геометрического центра выбирают на безопасном удалении от ближайшей точки дневной поверхности массива и ближайшего крупного тектонического разлома, а величину мощности единичного заряда и суммарный пустотный объем подземной камеры устанавливают исходя из безопасной средней концентрации энергии взрыва. 8 ил.

Изобретение относится к обращению с высокоактивными отходами (ВАО) ядерной энергетики и ядерного оружейного комплекса захоронения крупногабаритных загрязненных фрагментов ядерных энергетических установок (центральных зон транспортных реакторов и реакторов АЭС, баков, компрессоров, труб теплообменников, бетона биологической защиты реакторов и пр.), фрагментов ядерных боеприпасов, образующихся при их утилизации в соответствии с Договорами СНВ-1, СНВ-2 или при их ликвидации, отходов ядерной энергетики, в том числе облученного топлива, не подлежащего переработке (реакторов типа РБМК, дефектных тепловыделяющих сборок), и продуктов переработки облученного топлива (шлама, супершлама, материалов оболочек твэлов).

В соответствии с рекомендациями МАГАТЭ захоронением в отличие от хранения (временного хранения) считается удаление ВАО в глубинные геологические формации с преобразованием их в такую форму и (или) созданием совокупности таких геотехнологических барьеров, которые исключают попадание радионуклидов в биосферу за периоды времени, многократно превосходящие периоды их полураспада.

Известен метод безопасного захоронения высокоактивных отходов или отработавшего реакторного топлива. Их размещают в глубинных геологических формациях (туфы, гранит). При этом учитывается геотектоническая и сейсмическая активность региона на геологических отрезках времени. Хранилище в инженерном плане представляет систему горизонтальных штолен на глубине около 500 м (граниты, Швеция) [1] В штольнях на определенном расстоянии друг от друга бурятся скважины, в которые помещаются контейнеры с остеклованными отходами или контейнеры с отработавшим топливом.

На фиг. 1 изображены: 1 штольня, 2 скважина, 3 засыпка штольни (кварцевый песок 80 90 бентонит 10 20), 4 засыпка скважины (кварцевый песок 85 бентонит 15), 5 контейнер, 6 остеклованные отходы или отработавшее ядерное топливо в сборках. Контейнеры окружаются смесью бентонита и песка, которой заполняется и сам тоннель. Аналогичным по типу является строящийся комплекс захоронения ВАО Юкка-Маунтин в США (на глубине около 400 м в туфах).

Можно отметить следующие недостатки данного способа.

1. Высокая стоимость реализации данного проекта захоронения, которая складывается из затрат на горнопроходческие работы, на размещение сложного инженерного оборудования для поддержания функционирования объекта в течение длительного времени, на изготовление контейнеров для захоронения, на остекловывание радиоактивных материалов перед захоронением.

Cуммарная стоимость комплекса Юкка-Маунтин проектной мощностью в 160000 контейнеров (или на 70000 т отработавшего ядерного топлива (ОЯТ)) составляет около 36 млрд. долларов США (стоимость захоронения одной тонны ОЯТ на мировом рынке составляет 600000 долларов).

Представление о затратах на остекловывание и существующих мощностях дают следующие факты [1] Завод AVM во Франции, лидирующей в этой области, может обрабатывать до 150 куб. м остеклованных отходов в год. За четыре года работы (с 1978 г. по 1982 г.) на заводе остекловано 436 куб. м отходов и получено 200 т стекла. Фирма BNFL построила завод такого типа в Великобритании. Стоимость только строительства составила примерно 500 млн. долларов. Так как объем типового контейнера около 0,2 куб. м, то для заполнения описанного хранилища потребуется произвести около 32000 куб. м остеклованных отходов, что равносильно 20 годам работы 10 заводов такого типа.

2. Высокая стоимость изоляции радионуклидов в соответствии с рассматриваемым способом приводит к тому, что экономически оправданным оказывается промышленное остекловывание долгоживущих радионуклидов только с высокой начальной концентрацией активности ( 1 Ки/г), во много раз превышающей средние концентрации активности радионуклидов в природных (геологических) телах.

Это обстоятельство порождает в соответствии с законом диффузии относительно повышенный поток долгоживущих радионуклидов из контейнеров (при их "растворении" за тысячи лет), что снижает уровень доверительности утверждения о радиоэкологической безопасности из-за большой суммарной поверхности контейнеров и возможного преувеличения надежности стенок контейнера, как барьера на пути миграции нуклидов (рекомендуемые толщины стенок во многом определяются стоимостными оценками).

3. В рассматриваемом способе захоронение отработавшего топлива предполагается осуществлять в контейнерах без остекловывания содержащихся в ОЯТ радионуклидов (в США и Швеции практически все ОЯТ относится к категории ВАО). Причина отсутствие промышленных технологий остекловывания ОЯТ. Таким образом, при захоронении ОЯТ отсутствует такой важный и проверенный практикой барьер на пути миграции как химическая и физическая фиксация элементов в стекле (в стеклоподобном или квазикристаллическом состоянии). Это также снижает уровень доверительности утверждения о радиоэкологической безопасности.

4. В рамках рассматриваемого способа невозможно решить проблему безопасного захоронения высокоактивных крупногабаритных конструкций, например центральных реакторных зон атомных подводных лодок, поскольку отсутствуют технологии компактирования таких конструкций и их остекловывания.

5. Наиболее масштабные реализации анализируемого способа (в США и Швеции) характеризуются сложными гидрогеологическими условиями. В Швеции основной тоннель находится под морским дном [1] Площадка Юкка-Маунтин (США) несмотря на аридность климата характеризуется наличием нескольких артезианских бассейнов различной мощности, глубины расположения и локализации. Сложность прогноза изменения геофильтрационного поля в окрестности объектов захоронения на периоды в сотни и более лет ставит под сомнение оптимистичность оценок по надежной изоляции биосферы от долгоживущих радионуклидов.

6. Высокая пористость предполагаемой засыпки свободного объема в скважинах с контейнерами, а также самого тоннеля смесью бентонита и песка, сложность и дороговизна устранения с поверхности частиц пленок окислов и органических загрязнителей снижают ионообменные свойства и удельную поверхность частиц, являющихся еще одним барьером, предотвращающим быструю дисперсию радионуклидов.

Наиболее близким техническим решением является способ обезвреживания радиоактивных отходов [2] Cущность его состоит в том, что радиоактивные отходы и ядерные устройства размещают в подземной камере (полости) и подрывают термоядерным устройством.

Преимущества данного способа перед рассмотренными определяются особенностями физических полей (напряжений, смещений, температур), формирующихся в ближней зоне ядерного взрыва, а также большим пространственным масштабом реализации полезных значений параметров этих полей.

Радиоактивные отходы, размещенные в ближней зоне взрыва, диспергируются высокими напряжениями на мельчайшие частички (размерами в микроны и десятки микронов), перемешиваются за счет больших смещений (10 q^1/3, м, где q - мощность взрыва, кт тринитротолуола (ТНТ)) с раздробленными до такого же состава окружающими их горными породами, испаряются и плавятся совместно с горными породами под действием высоких температур за фронтом ударной волны, фиксируясь окончательно в геохимически инертной форме в расплаве горных пород (стеклообразном или квазикристаллическом образовании).

Радиохимический анализ образцов расплава, отобранных в разных зонах области его нахождения после взрыва, показывает относительно высокую однородность распределения долгоживущих продуктов деления, образовавшихся при взрыве цезия-137, стронция-90, церия-144, рутения-106, сурьмы-125 (отклонения их концентраций от средних значений не превышает двух раз).

Опыты по выщелачиванию радионуклидов из этого расплава свидетельствуют о том, что его стойкость не уступает стойкости борсиликатных стекол, признанных в настоящее время наилучшей матрицей для фиксации ВАО при захоронении [1] Таким образом, захоронение ВАО, возникающее после взрыва в глубинных геологических формациях, не уступает "рукотворному" захоронению по одному из главных барьеров на пути возможной миграции радионуклидов в биосферу - физическому и химическому связыванию радионуклидов в геохимически инертной форме.

Масштабность ядерного взрыва проявляется в том, что только за счет нагрева в ударной волне плавится около 270 т пород на одну кту энергии взрыва (по результатам расчетов [1] и организации-заявителя). Общее же количество расплава оценивается в 700 1000 т на одну килотонну энергии взрыва (по опытным данным и организации-заявителя). Одной из возможных причин увеличения количества расплава по сравнению с ударно-волновой стадией его образования является дополнительное плавление пород в результате их кондуктивного прогрева за счет избыточного тепла из высоконагретой центральной области.

Можно показать, что концентрация в расплаве горных пород активности захораниваемых долгоживущих нуклидов, составит: с периодом полураспада более 10 лет стронций 90, цезий 137, самарий 151 приблизительно 10^-4 Ku/г; с периодом полураспада более 100 лет технеций 99, цирконий 93, цезий 135 и др. приблизительно 510^-6 Ku/г; для трансурановых элементов (плутоний, америций, Кюрий) приблизительно 610^-7 Ku/г (за основу брались данные наработки осколков деления в атомной энергетике).

Масштабность ядерного взрыва в совокупности с другими факторами приводит к двум основным преимуществам ядерно-взрывной технологии захоронения по сравнению с рассмотренным выше и принятым в практике способом "рукотворного" захоронения в тысячу и более раз меньшей концентрации активности в остеклованном состоянии и не менее, чем в три четыре раза меньшими удельными затратами средств на захоронение.

Высокая степень разбавления захораниваемых нуклидов в расплаве горных пород при взрыве приводит фактически к формированию техногенного магматического тела, уровень активности которого сравним с естественным уровнем активности некоторых урановых пород, а концентрация радионуклидов в котором приближается к субкларковым значениям. По сути дела речь идет о ликвидации ВАО. Указанное обстоятельство является принципиальным, так как позволяет надежно обосновать радиоэкологическую безопасность захоронения на временном интервале в десятки тысяч лет и более, опираясь на природные аналоги, существующие миллионы лет.

Тридцатилетний опыт участия организации-заявителя в подземных ядерных испытаниях позволил накопить банк представительных экспериментальных данных по разнообразным эффектам, сопровождавшим подземные ядерные взрывы на Новоземельском и Семипалатинском полигонах. Анализ этих эффектов совместно с данными подземных испытаний США и Франции, а также результатами их математического моделирования, полученными в организации-заявителе и других организациях, позволяет отметить следующие недостатки известного способа [2] 1. Использование в качестве транспортного канала доставки ВАО в камеру (полость) скважины ограничивает возможности по захоронению габаритных радиоактивных отходов (контейнеров с отработавшим топливом, загрязненных конструкций и пр.).

2. По начальной концентрации высвобождающейся энергии подземный ядерный взрыв не имеет аналогов в промышленности и природных процессах на Земле. Поэтому ядерно-взрывная технология несмотря на ее значимость и привлекательность является потенциально наиболее опасной технологией из тех, которыми располагает человечество. Из всех проведенных в бывшем СССР подземных испытаний 5 были аварийными, что сопровождалось ранним (на первых минутах) напорным истечением в атмосферу радиоактивных аэрозолей и газов, в 60 случаев испытания сопровождались малоинтенсивным истечением и просачиванием в атмосферу некоторых количеств радиоактивных газов.

2.1. Согласно рассматриваемому изобретению полезность способа никак не сопрягается с требованиями и условиями радиационной безопасности при взрыве, что ввиду отмеченной статистики испытаний и особого (обостренного) отношения общественных кругов разных стран к опасности ядерных взрывов ставит под сомнение возможность реализации способа в том виде, в котором он сформулирован.

2.2. Радиационная безопасность ядерного взрыва связана с выполнением ряда необходимых и в своей совокупности достаточных условий, среди которых немаловажная роль наряду с выбором свойств горных массивов и места размещения камеры принадлежит условиям, ограничивающим определенные операции по выемке пород для создания камеры захоронения и размещению объектов захоронения в ближней зоне взрыва. Так, суммарный объем предварительно созданных в этой зоне взрыва пустот (объем камеры), отнесенный к мощности взрыва, не может быть больше определенной величины (см. далее). Выбор формы, размера камеры и способа закладки ВАО важнейшие операции, определяющие в конечном итоге экономичность способа, возможность соблюдения при его реализации требований радиационной и ядерной безопасности на подготовительной к взрыву стадии работ.

2.3. Предполагаемое использование в качестве объектов захоронения жидких радиоактивных отходов резко снижает радиационную безопасность ядерного взрыва, поскольку повышает общее количество газообразных продуктов взрыва в котловой полости, т. е. их давление, что может привести к аварийному выбросу радиоактивных продуктов через транспортный канал.

3. В рассматриваемом способе отсутствуют указания на конкретные операции, регулирующие радиоэкологическую безопасность захоронения.

3.1. Регулированию должен подвергаться процесс перемешивания радионуклидов из объектов захоронения с расплавом горных пород для получения однородной смеси. Только это позволяет получить субкларковые значения концентраций нуклидов в расплаве и вытекающие отсюда преимущества ядерно-взрывной технологии. Достигнутая при штатных ядерных испытаниях достаточно высокая однородность была результатом сочетания специфических условий очень малой массы заряда по отношению к массе ударно-волнового расплава (1 1000q, q, кт), очень высокой скорости внедрения в испаренную породу и ее расплав струй из испаренных конструкций заряда и продуктов деления (начальные скорости внедрения до 1000 км/с), большой относительной длины пути перемешивания R_п/L_o (10 20)q^1/3, где R_п - окончательный радиус котловой полости при взрыве, L_o начальная длина струи, q в ктах ТНТ.

Размещение в ближней зоне экономически выгодного количества высокоактивных отходов приведет к увеличению в 10³ 10⁴ раз по сравнению с обычными подземными ядерными взрывами количества перемешиваемых с расплавом горных пород опасных веществ и конструкций, снизит в 100 раз скорость их внедрения, в несколько раз уменьшит путь перемешивания. Указанные изменения существенно снизят однородность смеси нуклидов с расплавом, повысят их концентрации в отдельных зонах расплава далеко за пределы субкларковых значений, если не осуществить специальных операций, отсутствующих в прототипе.

Среди этих операций немаловажная роль должна принадлежать выбору оптимальных количеств (массы) захораниваемых ВАО и пространственной структуры их размещения в ближней зоне взрыва. Количество ВАО оптимально, если его увеличению с целью улучшения экономических показателей захоронения снижает однородность смеси нуклидов и расплава пород за допустимый уровень, и если уменьшение количества ВАО с целью повышения однородности и снижения концентрации нуклидов вызывает недопустимое ухудшение экономических показателей.

Величина оптимального количества ВАО на единицу мощности заряда тесно связана с пространственной структурой размещения отходов. Недостаток прототипа размещение ВАО в камере (полости), то есть некоторым концентрированным (локализованным) способом. Дело в том, что при перемешивании существует масштабный эффект. Перемешивание осуществляется через границу раздела двух сред расплава (паров) пород и расплава (паров) объектов захоронения, заштрихованных на фиг. 2 и условно показанных в виде сечения шара (1 - источник энерговыделения, 2, 3 объекты захоронения соответственно меньшего и большего размера, 4 массив пород), то есть скорость перемешивания будет регулироваться при прочих фиксированных параметрах (например относительной массовой скорости движения двух сред) отношением массы ВАО в камере (D³) к внешней поверхности камеры (D²) (чем оно больше, тем ниже скорость). Указанное отношение увеличивается пропорционально характерному диаметру камеры D, что и отражает сущность масштабного эффекта. Уменьшение скорости перемешивания с ростом размера камеры могло бы быть скомпенсировано увеличением времени перемешивания, но последнее задается мощностью взрыва (пропорционально q^1/3), то есть одинаково для объектов разных размеров, одновременно размещаемых в ближней зоне.

Из сказанного вытекает необходимость технически осуществимого рассредоточения (делокализации) объектов захоронения в горных породах, расположенных в ближней зоне взрыва. Операция рассредоточения ВАО одновременно несет другую полезную нагрузку улучшает ситуацию с выполнением норм радиационной и ядерной безопасности на стадии закладки ВАО за счет использования защитных свойств массива горных пород.

3.2. В прототипе отсутствуют операции, регулирующие качество стекловидного расплава горных пород, вмещающего захороненные радионуклиды.

Результаты после взрывного разбуривания ближней зоны подземных ядерных взрывов, радиохимического, спектрального иминералогического анализа (в Неваде (США) в массиве Хоггарт, Франция, в Семипалатинске (СССР) по данным организации-заявителя) свидетельствуют о сложном пространственном распределении расплава горных пород после взрыва. На фиг. 3 введены следующие обозначения: 1 центр взрыва, 2 столб обрушения, 3 раздробленные до состояния пыли, песка и мелкого щебня горные породы, 4 раздробленные до состояния пыли горные породы, 5 застывший расплав (стекло) зеленого цвета (пузырчатое), 6 застывший расплав (стекло) с обломками пород плотное, черного цвета (обсидиано-подобное), 7 граница котловой полости, 8 рыхлый расплав пемзовидного (шлаковидного) типа в трещинах и между обломками пород. С этим распределением связано существенное различие физико-механических и физико-химических свойств расплава.

Наиболее плотным, содержащим мало газовых включений является расплав в нижней части полости (как правило, черного цвета). Он образовался при стекании вниз жидкого расплава со стенок полости, а также конденсировавшихся паров и капелек из внутреннего объема полости и последующем медленном остывании, что позволило выйти газовым включениям.

Часть расплава, образовавшегося при плавлении за фронтом ударной волны, внедряется на стадии расширения полости через ее стенки в трещины, а также между обломками пород. Это приводит к более быстрому охлаждению расплава и формированию менее плотного пузырчатого стекла зеленого цвета, отчетливо выраженного в нижней части полости, но за ее пределами.

Расплав этого же типа, но внедряющийся в породу над точкой взрыва, трансформируется в результате последующего обрушения раздробленных горных пород в полость таким образом, что за счет дополнительного перемешивания с более холодными обломками быстро остывает, формируя сильно пузырчатый (пемзовидный, шлаковидный) расплав. К этой же категории относится расплав другого происхождения инжектированный вверх в свободное пространство между обломками (из жидкой линзы на дне полости) в результате удара по линзе массы обрушившихся горных пород.

Опыты по выщелачиванию радионуклидов из расплава пород показывают, что скорость выщелачивания из пемзовидного расплава в несколько раз больше, чем из стекловидного плотного расплава. Таким образом, обрушение обломков горных пород в полость, которое невозможно предотвратить при мощностях взрыва в десятки килотонн (предполагаемых для реализации), приводит к существенному ухудшению одного из важнейших показателей захоронения надежности фиксации радионуклидов в остеклованном состоянии. Поскольку при ядерно-взрывной технологии отсутствует такой барьер на пути возможной миграции радионуклидов в биосферу, как стенки контейнеров (подобно тому, что осуществляется при "рукотворном" захоронении ВАО), то задача повышения по сравнению со штатными подземными взрывами качества расплава, вмещающего в себя радионуклиды из объектов захоронения, является настоятельно необходимой.

3.3. Согласно категорическому императиву, провозглашенному МАГАТЭ, нынешнее поколение не может перекладывать тяжести ответственности за безопасное обращение с РАО на плечи будущих поколений. Отсюда следует, что необходимые технические решения должны быть найдены нынешним поколением и они должны гарантировать безопасность захоронения, то есть уже сейчас учитывать все ее аспекты.

Важнейшим, еще не рассмотренным аспектом ядерной взрывной технологии, является операция выбора массива пород (места захоронения), в толще которого полностью отсутствуют водные потоки как на момент захоронения, так и в последующий интервал времени, достаточный для того, чтобы с уверенностью утверждать о соблюдении требования радиоэкологической безопасности.

Отмеченная выше неоднородность физико-химических характеристик расплава при ядерном взрыве, которая может быть уменьшена в результате выполнения специальных операций, но не может быть устранена вовсе, отсутствие дополнительного барьера в виде стенок контейнеров для остеклованных ВАО выдвигает повышенные требования к гидрогеологическим условиям места захоронения. Ядерная взрывная технология не может быть реализована в каком-либо другом месте, кроме охарактеризованного выше, и отсутствие указаний на это является недостатком прототипа.

Техническим результатом, на который направлено изобретение является повышение радиационной и радиоэкологической безопасности ядерно-взрывной технологии захоронения ВАО с сохранением ее экономической эффективности по сравнению с другими технологиями за счет: размещения объектов захоронения в породах, имеющих определенные физико-механические характеристики и вещественный состав, в толщах которых отсутствуют водные потоки; повышения однородности распределения радионуклидов из объектов захоронения в расплаве горных пород, а также радиационной и ядерной безопасности на подготовительной к взрыву стадии работ по закладке ВАО в результате выбора оптимального количества (массы) объектов захоронения, определенной пространственной структуры их размещения в зоне формирования ударно-волнового расплава при взрыве и определенной конфигурации подземной камеры; выбора безопасных величин суммарного начального пустотного объема подземной камеры; повышения однородности строения остывшего расплава, его плотности, механической прочности, стойкости к выщелачиванию в результате оборудования в горном массиве дополнительных объемов для размещения жидкого расплава, в которых создаются благоприятные условия для его медленного остывания; размещения термоядерных зарядов в массиве горных пород на определенных безопасных расстояниях от нескольких характерных границ.

Это достигается тем, что: подземную камеру размещают в массиве алюмосиликатных вечномерзлых пород, а также других пород, не содержащих водных потоков, с общей газовостью пород в окрестности камеры не превышающей 5 и общей пористостью в образцах лабораторного размера, не превосходящей 2 камеру выполняют в форме центрального объема с радиально расходящимися боксами, располагают упаковки с объектами захоронения в массиве пород в нишах, которые оборудуют в стенах и полу боксов, но не далее чем на расстоянии 2,9q¹_o^/3 (М) от центра единичного энерговыделения, q_o в килотоннах ТНТ; ниши рассредоточивают на удалении друг от друга, превышающем минимальное безопасное расстояние, его определяют посредством комплексного учета норм ядерной и горно-технической безопасности для конкретного вида радиоактивных отходов, размещенные в нишах ВАО изолируют материалами, поглощающими проникающую радиацию, а их количество оптимизируют, исходя из достижения субкларковых величин концентраций радионуклидов в расплаве пород и экономической эффективности, свободное пространство в радиальных боксах забивают сыпучими добавками, стабилизирующими стеклообразование; величину единичного энерговыделения q_o и суммарный начальный пустотный объем V_o подземной камеры (до ее забивания) устанавливают, исходя из средней начальной концентрации q_o/V_o энергии взрыва более 60 т ТНТ на один кубический метр пустотного объема; каждый из боксов соединяют радиальным каналом с отсеком захоронения, локализующим при взрыве перемешанные и пробрасываемые через канал расплавы горных пород и объектов захоронения (ВАО), канал выполняют в виде конусообразной трубы с расширением в сторону отсека захоронения, входной диаметр определяют из соотношения d_вх= (0,50,7)q¹_o^/3, отсеки захоронения располагают в зоне смятия горных пород при взрыве за пределами столба обрушения на расстоянии от геометрического центра группы термоядерных зарядов R = (1214)q^1/3 (М), где q величина суммарного энерговыделения, кт ТНТ; группу термоядерных зарядов размещают в центральном объеме камеры в положениях, обеспечивающих в случае подрыва одного заряда попадание остальных зарядов в зону испарения, а объектов захоронения в зону ударно-волнового расплава от этого заряда; геометрический центр группы термоядерных зарядов выбирают на расстоянии не менее 140q^1/3 (М) от ближайшей точки дневной поверхности массива пород, не менее 30q^1/3 от нижней подошвы толщи вечномерзлых пород и не менее 100q^1/3 от ближайшего крупного тектонического нарушения массива пород.

Отличительными признаками изобретения являются следующие.

1. Подземную камеру размещают в массиве алюмосиликатных, вечномерзлых пород, а также других пород, не содержащих водных потоков, с общей газовостью пород в окрестности камеры, не превышающей 5 и общей пористостью в образцах лабораторного размера, не превосходящей 2 что наряду с другими факторами является необходимым условием, гарантирующим соблюдение радиационной безопасности при взрыве и радиоэкологической безопасности захоронения, сформированного с помощью ЯВТ, поскольку отсутствие водных потоков в массиве пород полностью исключает вынос радионуклидов этим агентом из зоны захоронения в биосферу и их аккумулирование; благодаря низкой газовости в полости после взрыва не образуется больших количеств и соответственно высокому давлению газообразных продуктов взрыва, которые в противном случае попадали бы в атмосферу через нарушения в массиве и забивочном комплексе, вынося с собой за короткое время значительное количество радиоактивных газообразных продуктов деления как взрывного происхождения, так и из объектов захоронения; благодаря низкой пористости пород, а следовательно их трещиноватости и проницаемости, снижается максимальная протяженность зон растепления после взрыва (областей нагрева вечномерзлых пород выше 0^oС), затрудняются условия для возможного циркулирования флюидов в этой зоне; горные породы алюмосиликатного вещественного состава обладают при плавлении хорошими стеклообразующими свойствами.

2. Выполняют подземную камеру в форме центрального объема с радиально расходящимися боксами, что дает возможность повысить радиационную и ядерную безопасность на стадии закладки ВАО и радиоэкологическую безопасность сформированного после взрыва захоронения за счет рассредоточения объектов захоронения (контейнеров с ВАО), приводящего к устранению их взаимного радиационного воздействия и снижающего эффект суммирования радиационных полей объектов захоронения; увеличения однородности распределения в расплаве пород нуклидов из объектов захоронения и снижения их средних концентраций в результате появления в окрестности радиального бокса тангенциальной составляющей массовой скорости движения расплава при взрыве, направленной внутрь бокса и приводящей к интенсивному дополнительному перемешиванию расплава и формированию его струйного течения наружу вдоль радиального бокса с повышенной температурой расплава и соответственно пониженной вязкостью; повышения плотности и устойчивости к выщелачиванию застывшего расплава (остеклованной массы) в результате сопряженного с радиальной формой бокса улучшения характеристик направленного динамического проброса жидкого расплава горных пород и ВАО (увеличения скорости, массы, снижения вязкости) в специальные отсеки, сочлененные с радиальными боксами, с последующим медленным остыванием компактной массы расплава в отсеках.

3. Располагают упаковки с объектами захоронения в массиве пород в нишах, что позволяет использовать экранирующие свойства массива пород при закладке ВАО, а также обеспечивает улучшение характеристик процесса перемешивания расплава пород и объектов захоронения по сравнению с ВАО, компактно располагаемыми внутри камеры, благодаря непосредственному контакту породы и ВАО, а также относительно большей удельной поверхности (на единицу массы) у делокализованных ВАО.

4. Ниши оборудуют в стенах и полу боксов, но не далее, чем на расстоянии 2,9q¹_o^/3 (М) от центра единичного энерговыделения, задающем границу зоны формирования ударно-волнового расплава (плавления за фронтом ударной волны), что позволяет без ухудшения характеристик расплава использовать большее пространство для рассредоточения объектов захоронения по сравнению с размещением их в зоне испарения при взрыве (R_исп 1,8q¹_o^/3(M)) и разместить соответственно большее количество ВАО, обеспечить выполнение требований радиационной безопасности на стадии закладки ВАО.

5. Ниши рассредоточивают на удалении друг от друга, превышающем минимальное безопасное расстояние, его определяют для конкретного вида ВАО посредством комплексного учета норм ядерной безопасности (применительно к поглощающим и замедляющим свойствам конкретных горных пород) и горно-технической безопасности (норм по механической устойчивости радиальных боксов при растрескивании горных пород под воздействием тепловых нагрузок от контейнеров с ВАО), что дает возможность безопасно разместить максимальное количество ВАО.

6. Изолируют размещенные в нишах ВАО материалами, поглощающими проникающую радиацию, что позволяет регулировать дозовые нагрузки персонала.

7. Оптимизируют количество (массу) захораниваемых ВАО, исходя из ограничения по минимальным безопасным расстояниям, непревышения дозовых нагрузок для персонала согласно нормам радиационной безопасности и субкларковых величин концентраций захораниваемых нуклидов в расплаве, достижения средней плотности остывшего расплава не ниже заданных предельных величин, получения удельных затрат на захоронение единицы массы ВАО, меньших в заданное количество раз по сравнению с аналогичными затратами на мировом рынке, что приводит к достижению приемлемого соотношения между допустимым риском предприятия, качеством работ и их рентабельностью.

8. Забивают свободное пространство в радиальных боксах сыпучими добавками, например борсиликатным песком, что позволяет повысить радиационную и радиоэкологическую безопасность за счет снижения уровня радиации в центральном объеме камеры после загрузки ВАО, уменьшения эффективного пустотного объема подземной камеры перед взрывами термоядерных устройств, который является одним из факторов, регулирующих время выхода в атмосферу и количество вышедших через массив пород и забивочный комплекс радиоактивных газообразных продуктов деления как взрывного происхождения, так и из контейнеров с ВАО, улучшения способности остывшего расплава к удержанию радионуклидов (их физическому и химическому связыванию) в результате использования стеклообразующих сыпучих добавок и формирования из-за разницы начальных плотностей породы и сыпучих добавок такого поля массовой скорости движения в окрестности радиальных боксов при взрыве, которое способствует лучшему перемешиванию расплава горных пород и объектов захоронения.

9. Устанавливают величину единичного энерговыделения q_o и суммарный начальный пустотный объем V_o подземной камеры (до ее забивания добавками), исходя из средней начальной концентрации взрывной энергии q_o/V_o более 60 т ТНТ на один кубический метр пустотного объема, что позволяет повысить радиационную безопасность при производстве термоядерных взрывов, гарантируя отсутствие выхода газообразных радиоактивных продуктов в атмосферу в опасных количествах при условии соблюдения всего комплекса установлений по радиационной безопасности в предлагаемом способе.

10. Соединяют каждый бокс радиальным каналом с отсеком захоронения, локализующим при взрыве перемешанные и пробрасываемые через канал в процессе развития полости расплавы горных пород, стеклообразующих добавок и радиоактивных отходов, что способствует повышению радиоэкологической безопасности захоронения в результате повышения плотности застывшего в отсеке стеклообразного расплава, его прочности и устойчивости к выщелачиванию радионуклидов жидкими флюидами за счет создания благоприятных условий медленного остывания жидкого расплава в отсеке, которые являются следствием вывода больших масс жидкого расплава за пределы столба обрушения и исключения разбрызгивания этого расплава и его быстрого остывания в результате динамического удара при образовании столба обрушения.

11. Канал выполняют в виде радиально расположенной конусообразной трубы с расширением в сторону захоронения, что дает возможность беспрепятственно локализовать жидкий расплав в отсеках, поскольку эта форма содействует сохранению пропускной способности канала при его деформировании в процессе развития котловой полости взрыва, компенсируя наряду с большими тангенциальными деформациями удлинения раздробленной среды (расходимостью потока) частичное перекрытие канала при его сжатии ударной волной.

12. Входной диаметр конусообразной трубы определяют из соотношения d_вх= (0,50,7)q¹_o^/3 (М), что способствует созданию оптимального режима заполнения отсеков наибольшим количеством жидкого расплава.

13. Располагают отсеки захоронения в зоне смятия горных пород при взрыве за пределами столб