Способ захоронения твердых радиоактивных отходов в зоне многолетней мерзлоты

 

Изобретение относится к области обращения и захоронения почвы, грунта, донных отложений водотоков, зараженных изотопами плутония и радионуклидами, выброшенными при авариях во время производства подземных ядерных взрывов в Северных регионах в труднодоступных малообжитых территориях. По предлагаемому способу ТРАО, собранные с зараженной территории, захороняются в наземных могильниках курганного типа. ТРАО укладываются послойно в зимнее время с утрамбовкой, проливом водой и проморозкой естественным холодом каждого слоя. Технический результат данного изобретения выражается в локализации радионуклидов на длительное время. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обращения и захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРАО): почвы, грунта, растительности, донных отложений водотоков, зараженных радионуклидами и изотопами плутония, выброшенными при авариях из скважин во время производства подземных ядерных взрывов (ПЯВ) в мирных целях в зоне распространения многолетней мерзлоте (ЗРММ), в труднодоступных малообжитых территориях Севера.

Известен способ захоронения ТРАО [1] в поверхностных могильниках бункерного типа, возводимых на сдренированном основании из монолитного бетона. ТРАО размещаются внутри бункера в специальных контейнерах. После заполнения бункера контейнерами осуществляется заливка всего внутреннего пространства специальными растворами бетона. Бункер плотно закрывается и тщательно герметизируется. Затем поверх бункера с помощью бульдозеров послойно возводится курган в следующей последовательности снизу вверх: гравий, песчаная подушка, поверх возводится водонепроницаемая битуминозная геомембрана; песчаная дрена; слой гравия; слой грунта. Общая высота кургана составляет 10 метров. После окончания отсыпки и утрамбовки кургана он засыпается слоем почвы, который засаживается многолетними травами и кустарниками.

Способ захоронения (по прогнозам специалистов) должен обеспечить полную изоляцию ТРАО в течение 300 лет.

Основными недостатками вышеописанного способа захоронения ТРАО являются: необходимость разделения ТРАО по степени активности, что невозможно сделать после аварии; необходимость концентрации ТРАО, что также крайне затруднительно сделать после аварии и необходимо наличие специальных стационарных установок; обязательная укладка ТРАО в контейнеры из нержавеющей стали, которые необходимо завозить; большие трудности возведения бункера в необжитой местности и немалые затраты.

Способ захоронения и конструкция могильника не гарантируют полной изоляции (≈ 300 лет) ТРАО, в то время, как период полураспада изотопов плутония длится десятки тысяч лет и, следовательно, по истечении срока на хранения, ТРАО, содержащие изотопы плутония, должны быть перезахоронены.

В целях сокращения времени на захоронение ТРАО, локализации миграции радионуклидов, сокращения затрат на строительство могильника предлагается в ЗММ способ захоронения их, заключающейся в сооружении курганных могильников упрощенной конструкции непосредственно на зараженной территории, с использованием местных материалов, природных ресурсов, характерных для ЗММ, технологии развитых отраслей промышленности Севера - горнодобывающей, гидротехнического строительства.

Наиболее близким к заявленному способу является способ захоронения твердых радиоактивных отходов в зоне многолетней мерзлоты, охарактеризованный в авторском свидетельстве СССР 1829721, 1996 г., G 21 F 9/24.

Заявляемое изобретение направлено на решение вопросов локализации радионуклидов АПЯВ и, как следствие этого, обеспечения безопасности населения и окружающей среды северных регионов страны от наиболее опасного чрезвычайного фактора - долгоживущих радионуклидов и изотопов плутония, выброшенных при авариях из скважин при проведении подземных ядерных взрывов (ПЯВ).

Требуемый технический результат при осуществлении изобретения предполагается получить при максимальном использовании особенностей климата и естественных природных ресурсов Севера: а) наличие сплошной многолетней мерзлоты; б) широкое распространение естественного природного консерванта - льда (во всевозможных формах); в) резкоконтинентальный климат с суровой зимой; г) небольшая мощность (1,5 - 2,0 м) сезонной оттайки грунта (почвы) в летний период; д) отрицательный тепловой баланс - количество тепла, получаемое могильником в летнее время ниже его оттока в холодное время года.

Заявляемый способ захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРАО) заключается в укладке собранных с зараженных радионуклидами площадей (грунта, растительности, донных отложений ручьев и т.д.) на специально подготовленную площадку послойно в зимнее время с проливом каждого слоя водой до полного насыщения и проморозкой естественным холодом. В результате получается ледопородное сооружение курганного типа - могильник, в котором ТРАО скомпаундированы льдом, предотвращающим миграцию радионуклидов за пределы зараженной территории.

После завершения укладки ТРАО всю поверхность кургана покрывают ледяным панцирем, играющим роль барьера и аккумулятора холода; поверх наносят слой суглинка, затем теплоизоляционной слой из местных материалов, предотвращающий растепление могильника в летнее время. Сверху насыпают слой грунта и почвы, который обсаживают многолетними травами и кустарником для предотвращения эрозии.

Предлагаемый способ позволяет (в сравнении с аналогом [1]) обойтись без строительства бункера, концентрирования ТРАО, укладки в контейнеры, компаундирования, что позволяет значительно снизить расходы.

Фиг. 1 Комбинированный способ захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРАО) в курганных могильниках в зоне распространения многолетней мерзлоты 1 - основание могильника (незараженный радионуклидами грунт); 2 - ТРАО, сцементированные льдом; 3 - ледяной панцирь (барьер); 4 - сцементированный льдом суглинок;
5 - теплоизоляционный слой;
6 - слой грунта;
7 - почвенный слой;
8 - кустарник, многолетние травы.

Ведение работы осуществляется в зимнее время с наступлением устойчивой отрицательной температуры воздуха (t_ср.сут. ≅ - 10^oC) непосредственно на зараженной радионуклидами территории с применением техники, используемой на открытых горных работах и гидротехническом строительстве (бульдозеров, скреперов, погрузчиков, автосамосвалов).

Собранные твердые РАО (зараженная почвы, грунт, растительность) с зараженной территории свозятся на подготовленное возвышенное основание (1) фиг. 1, разравниваются и уплотняются бульдозером; толщина слоя ≈ 20 - 30 см (2). Уложенный слой обильно поливается водой из поливочной машины, после чего промораживается естественным холодом. В случае необходимости пролив водой и последующая проморозка повторяются. После этого выкладывается и промораживается второй слой и так далее, до полной выкладки всех РАО в курганный могильник в соответствии с природным аналогом - бугром пучения, играющий роль барьера и дополнительного аккумулятора холода. Поверх ледяного панциря укладывается слой суглинка (4) с проливом водой и промораживанием. Затем укладывается теплоизоляционный слой из местных материалов (мох, торф, опилки, шлак) расчетной толщины (5), обеспечивающий устойчивую отрицательную температуру уложенных промороженных ТРАО в течение летнего периода, толщина которого находится в обратной зависимости от емкости аккумулятора холода. Поверх теплоизоляционного слоя последовательно насыпаются: слой грунта (6), почвенный слой с утрамбовкой без пролива водой (7).

Могильник РАО по форме должен представлять курган, а при большом количестве РАО - лежащему призму трапецеидального сечения, вытянутой длинной осью с севера на юг. Габаритные размеры могильника определяются объемом РАО и техническими возможностями механизмов, применяющихся при укладке.

Все работы должны быть завершены в зимнее время (t_ср.сут ≅ - 10^oC). В летнее время поверхность могильника должна быть обсажена многолетники травами и кустарником для защиты от эрозии (8).

Возведенный могильник будет представлять искусственный бугор пучения, являясь естественной частью северного ландшафта, и не будет требовать особого внимания, кроме периодической вырубки хвойной поросли во избежание пожара.

Сцементированные льдом ТРАО, находящиеся в могильнике, надежно защищенные от неблагоприятных факторов - растепления и проникновения флюидов (воздуха, воды), лишенные возможности мигрировать, будут не описаны для биоты; находясь в могильнике в низкоконцентрированном виде, не будут выделять тепла и не требовать дополнительного охлаждения в летнее время машинным (искусственным) холодом.

Основные преимущества предлагаемого способа (технологии):
- высокая механизация всех видов работ;
- использование серийно выпускаемой (неспециальной) техники для всех видов работ, широко применяемой в народном хозяйстве;
- совмещение операций по компаундированию, укладке и захоронению РАО;
- незначительные расходы на все виды работ за счет использования в качестве компаундирующего материала и материала барьера одного и того же естественного природного вещества - воды (льда).

- использование природного холода для обеспечения отрицательной круглогодичной температуры внутри могильника РАО;
- использование для теплоизоляции могильника местных (природных) материалов и отходов.

Литература:
1. Stocraqe des deehets radioaetiff un abei a'tontes eprenves (Surehamp Ar 11 Chant. Er. 1992 - 251. с. 28-29 - Фр.

2. Карпов Е.Г. Подземные льды Енисейского Севера. - Новосибирск: 1986, 123 с.

Формула изобретения

1. Способ захоронения твердых радиоактивных отходов (ТРАО) в зоне многолетней мерзлоты, отличающийся тем, что ТРАО послойно укладывают на подготовленную площадку, каждый слой разравнивают и уплотняют, поливают водой и промораживают естественным холодом до полной выкладки всех радиоактивных отходов, затем всю поверхность покрывают ледяным панцирем, поверх него наносят слой суглинка с постепенным его промораживанием, после чего укладывают изоляционный слой из местных материалов, а сверху его насыпают слой грунта и почвы без проморозки, при этом место захоронения формируется в виде кургана, а при большом количестве ТРАО - в виде лежащей призмы трапецеидального сечения с вытянутой длинной осью с севера на юг.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве местных теплоизоляционных материалов используют торф, мох, опилки и шлак.

РИСУНКИ

Рисунок 1