Способ космической изоляции радиоактивных отходов и разгонный блок для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к области способов и средств для изоляции радиоактивных отходов (РАО) атомных электростанций и других ядерных производств в космическом пространстве. Сущность изобретения: с целью увеличения относительной массы удаляемых РАО в составе ракетно-космических средств, предполагав ется при контейнеризации РАО введение в их состав а -излучающих радионуклидов с периодом полураспада 1...10 лет. радиогенные газы которых вне сферы действия Земли используются в качестве рабочего тела ракетного двигателя второй ступени разгонного блока наряду со штатным рабочим телом . В разгонном блоке это обеспечивается наличием магистрали подвода радиогенных газов из полости контейнера с РАО к ракетному двигателю второй ступени. Матрицы с РАО установлены в полости контейнера с зазорами друг по отношению другу и со стенками полости контейнера. Для парирования нештатных ситуаций контейнер снабжен дренажным клапаном и нормально закрытым пироклапаном. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (и)з G 21 F 9/34

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ яи з °

° и

° иг (21) 5016648/25 (22) 05.07.91 (46) 23.08.93. Бюл.М 31 (71) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (72) В.Б.Бычков, В,Н.Виноградов и Л.И.Жулебин (73) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (56) Атомная техника за рубежом, 1990, hh 8, с.7.

Мозжорин Ю., Карелин А. и Коньков В.

Космические шансы острейшей земной и роблемы, Московский бизнес, 1989, % 4.

Космонавтика. Энциклопедия /Под ред.В.П.Глушко, M. Советская энциклопедия, 1985, Раздел Разгонный блок, межорбитальный буксир; (54) СПОСОБ КОСМИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ

РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ И РАЗГОН. НЫЙ БЛОК ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ . (57) Использование: изобретение относится к области способов и средств для изоляции

Заявляемая группа изобретений относится к области способов и средств для изоляции ради о а кти в н ых отходов . (РАО) атомных электростанций и других ядерных производств в космическом пространстве.

Цель изобретения состоит в увеличении относительной массы удаляемых PAO a составе ракетно-космических средств за счет использования радиогенных газов в качестве рабочего тела ракетного двигателя при работе второй ступени разгонного блока

:(вне сферы действия Земли). Вместе с тем, имея в виду не абсолютную надежность ракетно-космических средств, необходимо из„„5U< 1836724 А3 радиоактивных отходов (PAO) атомных элек- . тростанций и других ядерных производств в космическом пространстве. Сущность изобретения: с целью увеличения относительйой массы удаляемых PAO в составе ракетно-космических средств, и редполагается при контейнеризации PAO введение в их состав с -излучающих радионуклидов с периодом полураспада 1...10 лет, радиогенные газы которых.вне сферы действия Земли используются в качестве рабочего тела ракетного двигателя второй ступени разгон- . ного блока наряду со штатным рабочим телом. В раэгонном блоке зто обеспечивается наличием магистрали подвода радиогенных газов иэ полости контейнера с PAO к ракетному двигателю второй ступени. Матрицы с

PAO установлены в полости контейнера с зазорами друг по отношению другу и со стенками полости контейнера. Для парирования нештатных ситуаций контейнер снабжен дренажным клапаном и нормально закрытым пироклапаном. 2 с. и 2 э,п.ф-лы, 2 ил. (л) ()Ь бежать при возникновении нештатных ситуаций (задержка реализации космической изоляции РАО, аварийное возвращение контейнера в сферу действия Земли или + иезыкоа его из етое сферы) разрушения контейнера внутренним давлением накопившихся радиогенных газов и последующего экологического заражения биосферы Земли.

При штатной реализации программы космической изоляции PAO поставленная цель достигается тем, что в указанном способе при контейнеризации PAO в их состав вводят Q-излучающие радионуклиды с пе1836724 секунду из грамма смеси. Учитывая изотопный состав всех рассматриваемых актиноидов, нетрудно убедиться, что одна тонна

PAO за год генерирует 2,0...2,5 кг гелия. При этом целесообразно использовать и тот гаэ, который накоплен за время между снаряжевием контейнера PAO и началом формирования безвозвратной орбиты. Поэтому сразу по снаряжении контейнера герметизируют его полость и только вне сферы действия Земли разгерметиэируют полость контейнера и подают радиогенные газы на вход ракетного двигателя. Таким образом, при изоляции в космос особо опасных PAO иэ состава ОЯТ целесообразно снаряжать контейнер до выгорания кюрия-242.

Для исключения разрушения контейнера с PAO внутренним давлением радиогенных газов в случае длительной (в рассматриваемом примере более полугода) задержки реализации космической изоляции PAO периодически дренируют полость контейнера, а в случае возникновения нештатных ситуаций, приводящих к аварийному возвращению контейнера в сферу действия Земли или к невыходу его из этой сферы, сразу по выявлению аварийной ситуации необратимо сообщают полость контейнера с окружающей средой.. Последнее необходимо, поскольку при падении контейнера (естественно, он патдраэумевается неразрушаемым при ударе) на грунт или в воду он может быть не обнаружен достаточно долгое время, Цели группы изобретений s предлагаемагистралью подвода радиогенных газов иэ полости контейнера к ракетному двигателю второй ступени ускорителя и запорным устройством в этой магистрали. Сам удаляемый контейнер снабжен для предотвращения ега разрушения накопившимися радиогенными газами дренажным клапаном и нормально закрытым пироклапаном. Одна или несколько матриц отвержденных PAO размещаются в полости контейнера с зазорами друг па отношению к другу и са стенками полости контейнера, причем объем свободной от PAO части этой полости должен быть достаточным для накопления радиогенных. газов без разрушения контейнера в течение периода времени между контейнериэацией

РАО и началом формирования безвозвратной орбиты (в рассматриваемом примере— в течение полугода}. риодом полураспада порядка 1...10 лет и герметизируют полость контейнер, а вне сферы действия Земли разгерметизируют полость. контейнера и подают радиогенные газы на вход ракетного двигателя. Введение в состав удаляемых РАО а-излучателей обусловлено тем, что.ани являются источником радиагенного гелия, Рассмотрим возможный состав а -излучателей на примере космической изоляции .10 особо опасных долгоживущих РАО атомных электростанций. В отработанном ядерном топливе (ОЯТ) к числу долгоживущих радионуклидов относятся нептуний-237, америций-241 и 243 и кюрий-245, 246, 247 и 248, Однако из-за большого. периода полураспада их газовыделение ничтожно, вместе с тем указанные актиноиды присутствуют в отходах в смеси с другими своими изотопами, разделение которых является крайне доро- 20 гостоящей операций. Проведенные оценки показывают, что радионуклиды с периодом полураспада, существенно меньшим одного года, хотя и обеспечивают большое газовыделение, за период космической изоляции 25 вплоть да завершения формирования безвозвратной орбиты успевают практически полностью разложиться, а в случае задержки реализации космической изоляции PAO эти радионуклиды просто не успевают псра- 30 ботать". С другой стороны, согласно выполненным оценкам, для радионуклидов с периодом полураспада, существенно боль- . шим 10 лет, за время реализации акта космической изоляции PAO выход радиогенных 35 газов составляет лишь незначительную до- мом блоке достигается тем, что он снабжен лю потребного запаса рабочего тела при работе разгонного блока второй ступени.

Так, время между снаряжением контейнера

PAO и запуском ракеты-носителя может са- 40 ставлять от недели до полугода. Вывод на околоземную опорную орбиту и удаление контейнера из сферы действия Земли, как правило, не превышает нескольких суток, а процесс формирования безвозвратной ор- 45 биты при использовании электроракетных двигателей (ЭРД) малой тяги может продолжаться да полутора лет, Таким образом, в качестве рабочего тела 3РД могут использоваться радиогенные газы за два года распа- 50 да радионуклидов, Рассмотрим выход гелия из типичной для ОЯТ смеси изотопов кюрия, среди которых значи.гельный выход радиагенных газов обеспечивают кюрий-242 (периад полурас- 55 пада Т 2 0,442 года, массовая доля в отработанном топливе й1 4 г/т) и карий-244 .. На фиг.1 схематично представлен разгтггз-18,1 года, т-41 г/т1,емаск изотопов "гоиимл блок для космичаскол изоляции кюрия генерируют 10 атомов гелия в РАО; на фиг.2 — пневмосхема двигатеЛьной

1836724

20

50 установки второй ступени ускорителя разгонного блока.

Разгонный блок для космической изоляции РАО состоит из удаляемого контейнера (1) с матрицами отвержденного PAO (2), двух ступеней ускорителя (3, 4), стыковочных элементов (5, 6) и головного обтекателя (7). Ускоритель первой ступени (3) содержит двухкомпонентный ЖРД (8) с управляющими клапанами (9, 10), два топливных. бака (11, 12) с жидким компонентами (13, 14).

Ускоритель второй ступени (4) включает в себя ракетный двигатель малой тяги (15) с управляющим клапаном (16) и топливный бак (17) с запасом штатного рабочего тела (18). Дополнительно разгонный блок снабжен магистралью (19) подвода радиогенных газов иэ полости (20) контейнера (1) к ракетному двигателю (15) второй ступени (4) ускорителя и запорным устройством (21) в этой магистрали (19). Удаляемый контейнер (1) снабжен также дренажным клапаном (22) для сброса избыточного давления радиогенных газов в полости (20) контейнера (1) при задержке реализации космической изоляции РАО и нормально закрытым пироклапаном (23) для необратимого сообщения полости (20) контейнера (1) с окружающей средой сразу по.выявлению аварийной ситуации, приводящей к возвращению контейнера в сферу действия Земли или к невыходу его из этой сферы. Матрицы (2) отвержденных РАО размещены в полости (20) контейнера (1) с зазорами (24, 25) друг по отношению другу и со стенками полости контейнера.

Использование предполагаемый группы изобретения при космической изоляции РАО позволит на 3 — 4 кг увеличить массу отходов при удалении 1 т PAO. Это, на первый взгляд, немного, однако, учитывая предполагаемую широкомасштабность реализации программы, а также то, что согласно оценкам, космическая изоляция PAO будет обходиться примерно 0,3 млн.долларов за килограмм РАО, данное предложение при удалении, тонны PAO позволяет сэкономить приблизительно миллион долларов.

Формула изобретения

1; Способ космической изоляции радиоактивных отходов (РАО), включающий отверждение и контейнериэацию (PAO), и удаление иэ сферы действия Земли и последующее формирование безвозвратной орбиты изоляции РАО, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения относительной массы удаляемых PAO в составе ракетно-космических средств, при контейнеризации PAO в их состав вводят а-излучающие радионуклиды с периодом полураспада порядка

1 — 10 лет и герметизируют полость контейнера, а вне сферы действия Земли раэгерметизируют полость контейнера и подают радиогенные газы на вход ракетного двигателя.

2. Способ по п.1, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью исключения разрушения контейнера с PAO внутренним давлением радиогенных газов в случае задержки реализации космической изоляции РАО, периодически дренируют полость контейнера.

3, Способпопп.1 и 2,отл ичающийс.я тем, что, с целью исключения разрушения контейнера с PAO внутренним давлением радиогенных газов в случае возникновения нештатных ситуаций при изоляции РАО, приводящих к аварийному возвращению контейнера в сферу действия

Земли или к невыходу его иэ этой сферы, сразу по выявлении аварийной ситуации необратимо сообщают полость контейнера с окружающей средой.

4. Разгонный блок для космической иэоляции радиоактивных отходов, содержащий контейнер с отвержденными PAO и двуступенчатый ускоритель, в состав каждой ступени которого входит двигательная установка, включающая ракетный двигатель с управляющими клапанами и один или несколько топливных баков со штатными рабочими телами, отличающийся тем, что разгонный блок снабжен магистралью подвода радиогенных газов из полости контейнера к ракетному двигателю второй ступени ускорителя и запорным устройством в этой магистрали, а контейнер снабжен дренажным клапаном и нормально закрытым пироклапаном, причем одни или несколько матриц отвержденных PAO размещены в полости контейнера с зазорами между ними и со стенками полости контейнера.

1836724

Фиг. I

Составитель Т.Горчакова .

Редактор И,Мельникова Техред М.Моргентал Корректор H,Êîðîëü

Заказ 3023 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб., 415

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