Способ захоронения радиоактивных отходов

Способ захоронения радиоактивных отходов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ высокого уровня активности в геологическиеформации, заключающийся в отверждении продуктов деления переводом их в кальцинаты и последующей упаковке, о тличающийся тем, что, с целью надежной заищты окружающей среды, отходы фиксируют в тугоплавком материале с температурой плавления выше 2300*0 и плотностью вьше 3,1 г/см* в объеме, обеспечивающем на поверхности упаковки температуру 1900-2ЮО^С, и помещают ц горную породу, проплавляя которую, они погружаются .§ (ЛИзобретение относится к области обработки радиоактивных отходов, в частности к способам захоронения радиоактивных отходов, образующихся в атомной промьшшенности,Известно, что проблема захоронения радиоактивных шлаков является . одним из труднопреодолимых барьеров на пути развития атомной энергетики. Это объясняется необходимостью изоляции отходов от биосферы в течение длительного срока, порядка тысячи лет. Известные предложения способов долговременного захоронения радиоактивных шлаков.ненадежны.так как не исключена опасность заражения окружающей среды. Рассмотренные схемы захоронения высокоактивных отходов предполагают остекловывание их и загрузку в геометрический контейнер, который затем помещают на дне океана или в стабильных геологических структурах. При зтом требуется предварительная выдеряжа отходов в наземном временном хранилище в течение десяти лет для снижения тепловыделения. Необходимость поддержания теплового режима остается и при размещении контейнеров на долговременное захоронение, что ведет к уре-.00 ГСо:>& оо ^ сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (51)5 G 2 F /24 г л-ьъ . с .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2914476/25 (22) 21 ° 04 ° 80 (46) 30.04,92. Бюл, У 16 (72) А.С.Никифоров, А.С.Поляков, П.П.Полуэктов (53) 621.039.7(088.8) (56) Капица П.JI.,ÓÔÍ, 122, 1977. с. 327.

P.Mýððåé. Атомная энергетика, К.: Энергия, 1979.

Б.Коэн, УФН, 126, 1978, с. 102, И.И.Гласс. Ударные волны и человек, M,, Мир, E.J. 3e11er, D.F.Saunders, Е.E.Angino. Management of waster

from fuel reprocessing. Proceedings, of à Sumposium organised jointly

by the 0ECD Nuclear Energy Agency

and the International Atomiñ Energ

Agency. 0ECD-Paris, P.431, 1972.

S Ñ.Logan. Nuclear Technology, 21, У 2, 111-124, 1974.

Изобретение относится к области обработки радиоактивных отходов, в частностИ к способам захоронения радиоактивных отходов, образующихся в атомной промьппленности.

Известно, что проблема захороне-. ния радиоактивных шлаков является одним из труднопреодолимых барьеров

I на пути развития атомной энергетики. Это объясняется необходимостью изоляции отходов от биосферы в течение длительного срока, порядка у Л тысячи лет. Известные предложения способов долговременного захоронения радиоактивных шлаков ненадежны, „SU„„826875 A1

2 (54)(57) СПОСОБ ЗАХОРОНЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ высокого уровня активности в геологическиеформации, заключающийся в отверждении продуктов деления переводом их в кальцинаты и последующей упаковке, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью надежной защиты окружающей среды, отходы фиксируют в тугоплавком материале с температурой плавления выше 2300 С и плотностью выше

3, 1 г/смз в объеме, обеспечиваюшем на поверхности упаковки температуру

1900-2100 С, и помещают в горную породу, проплавляя которую, они погружаются. так как не исключена опасность saражения окружающей среды. Рассмотренные схемы захоронения высокоактивных отходов предполагают остекловывание их и загрузку в геометрический контейнер, который затем помещают на дне океана или в стабильных геологических структурах. При этом требуется предварительная выдержка отходов в наземном временном хранилище в течение десяти лет для снижения тепловыделения. Необходимость поддержания теплового режима остается и при размещении контейнеров на долговременное захоронение, что ведет к уве- .

826875 личению объемот; захоронения и егo удорожанию.

Известен также способ глубинного захоронения отходов (на глубине 2 км) в полости, образованной подземным ядерным взрывом, однако проект сложен технически и имеет неопределенность в надежности захоронения.

Близким техническим решением к изобретении является способ захоронения отходов в Антарктиде. По этому способу контейнеры с остеклованными -шлаками перевозят в Антарктиду (или Гренландуно) и помещают в лед.

Поскольку температура поверхности

I контейнера порядка йескольких десятков градусов, он должен погружаться в лед со скоростью порядка метр в день, Контейнер погружается до основания льдов (на глубину порядка километра) и покоится на каменном основании.

Данный проект имеет недостатки, присущие всем способам неглубинного захоронения. Во -первых, не исключена возможность заражения окружающей среды захороненными отходами, вс вторых, происходит загрязнение льда, который является основным хранилищем пресной воды на Земле, в третьих, необходима транспортировка отходов на большие расстояния, 4

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ захоронения радиоактивных отходов высокого уровня активности в геологические формации, ="àêëþ÷àþùèéñÿ в отверждении продуктов деления переводом их в кальцинаты и последующей упаковке.

По этому способу шлаки помещают в контейнер и опускают на глубину

2 км. За счет радиоактивного распада отходов происходит разогрев контейнера и плавление окружающей горной породы. Так как средняя плотность наполненного контейнера больше плотности горной породы, контейнер погружается внутрь Земли вплоть до глу-бины 50 км и больше.

Предполагается, что контейнер служит лишь непроницаемой перегородкой между шлаками и расплавленной пороДой и не несет силовых нагрузок, вследствие этого толщина стенки вы»бирается З от радиуса контейнера.

Температуру контейчера задают в интервале 1500-1700 С„

Данный проект имеет существенные недостатки. Во-первых, использование тонкостенного контейнера предполагает, что он находится в состоянии рав номерного сжатия, что становится.эаведомс неверным в реальной горной породе, представляющей собой неоднородную систему. Во-вторых, интервал температур на поверхности контейнера не обеспечивает плавления произвольной горной породы "например, кварца с температурой плавления

1900 С. В силу вышесказанного разрушение или остановка контейнера происходит на малых глубинах.

Целью изобретения является обеспечение надежности захоронения высокоактивных отходов и надежной защиЩ ты окружающей среды.

Цель достигается тем, что по предлагаемому способу захоронения радио» активных отходов высокого уровня активности в геологические формации, заключающемуся в отверждении продуктов деления переводом их в кальцинаты и последующей упаковке высокоактивные отходы загружа1от в контейнеры из тугоплавкого материала с температурой плавления выше 2300 C и плот0 ностью HbIIiIB 3, 1 г/cM B Объеме, обеспечиваюц1ем на поверхности упаковки температуру 1900-2100 0, и помещают в горную породу, проплавляя которую, они погружаются, При этом внутри

35 контейнера шлаки фиксируют тем же материалом, из которого сделан контейнер. Размеры контейнера выбирают такими, что за счет выделения тепла при радиоактивном распаде шлаков, 4© температура на поверхности контейнера достигает 1900-2100 С, Это обеспечивает плавление горных пород, из которых сложена кора Земли, Иатериал контеинера выбирают таким, что плот ность спекшегося монолита не менее

3, 1 г/см . Поскольку средняя плотность земных пород от поверхности

Земли до глубины 35 км меняется от значений 2,72 г/см до 2,92 г/см, ® o контейнер под действием силы тяжести, проплавляя породу,.погр ается s глубь Земли. После прохождения упаковки, расплавленные породы кри сталлизуются,-.. вследствие чего каЯ нал, оставляемый погружающейся упаковкой, "залечивается".

Данная схема может быть реализована при использовании например, вырг

Т(Ь) = Т (Ь) + - Р о ЗД температура Земли на глубине h; тепловыделение единицы массы фиксированных шлаков в единицу времени; теплопроводность Земли. где Т. (h) о

Контейнер погружается со скоростью (T (h) - Тпл)(2М +Х;) ) Р с(Т„„- Т,) + 1 К, Редактор О.Иркова Техред Л.ОЛийнык Корректор С,Г!екмар

Заказ 2313 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

S 826 сокотемпературной керамики, причем в принципе можно обойтись беэ изготовления контейнера, е соединять шлаки с керамикой непосредственно в прессе.

Форма контейнера определяется лишь требованием поддержания на поверхности упаковки температуры 19002100 С.

Так, например, для упаковки шаровой формы радиуса температура поверхности контейнера представляется в виде где I, Тя„, С,ф —. плотность, температура плавления, удельные теплоемкость и теплота плавления породы соответственно;

М, - теплопроводность упаковки.

Для численного примера рассмотрим контейнер, изготовленный иэ окиси циркония (T „= 2700 С, Pt = 5,4 г/см ) . ,Если тепловыделение q = 0,1 вт/см (что соответствует удельной активности 3 ° 10 кюри/литр), то R0 = 60 см.

Характерное время разогрева в данном случае 60 ч. Скорость погружения спекшегося монолита равна 500 м/год. Иэ наиболее тугоплавких известных в настоящее время материалов для создания

875 6 упаковок со шлаками может быть использован карбид кафния с температурой плавления 3900 С.

Проведен модельный эксперимент.

Цилиндр диаметром 30 мм и высотой

40 мм из кермета, который является хорошим поглотителем СВЧ-излучения, погружают в кварцевый песок (Т = а

Н

1900 С), прозрачный для СВЧ. Цилиндр находится в поле СВЧ с интенсивностью

5 вт/см . В этом случае теоретическая оценка дает скорость погружения

0,5 ""10 см/с. Эксперимент проводят в течение 13 мин и имеет глубину погружения 3 мм, т.е. наблюдается скорость погружения 0,4 10 см/с, что согласуется с оценкой.

Если захоранивать отходы, видер2О жанные во временном хранилище в течение десяти лет, активность которых всего в три раза уменьшается в течение сто лет, то будучи помещены в контейнер, они легко достигают глубины пятидесяти километров. Известно, что граница между мантией Земли и ее коркой находится в среднем на глубине

35 км. Отходы попавшие в подвижную мантию Земпи, рассасываются и исче30 зают бесследно. Необходимым условием для .захоронения является предварительная геофизическая разведка местности, чтобы исключить залегание рудных пород, так как плотность руды может оказаться выше плотности упаЗЗ ковки.

Преимущества заявляемого способа: абсолютная надежность захоронения;

40 захоронение может проводиться в любом тектонически неактивном районе; в принципе нет нужды в транспорти-! ровке отходов;

4% захоронение не занимает никаких площадей и не требует мер охраны.