Железобетонное хранилище радиоактивных отходов

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и предназначено для удаления твердых радиоактивных отходов. Технический результат: повышение экологической безопасности хранилища и повышение его надежности. Сущность изобретения: железобетонное хранилище радиоактивных отходов представляет собой сужающуюся сверху вниз емкость с плоским наклонным днищем, окруженную дренажной канавой. Емкость выполнена в породном массиве. В емкости расположен железобетонный резервуар, разделенный на отсеки и выступающий над поверхностью породного массива. На стенках резервуара выполнен прилив, а между емкостью и резервуаром расположены слои глиняного гидроизолирующего барьера и водопроницаемого грунта. В низшей точке емкости расположено водозаборное устройство, снабженное выходящей на поверхность водотранспортной магистралью. 3 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а точнее к области удаления радиоактивных отходов (РАО). Наиболее эффективно заявляемое устройство может быть использовано при захоронении твердых, а также предварительно отвержденных радиоактивных отходов.

Известно хранилище радиоактивных отходов (1), представляющее собой поверхностную емкость из железобетонных колец высотой 3 м и диаметром 1,7 м, в которой размещают РАО. Сверху емкость закрыта железобетонной крышкой и покрыта слоем асфальта.

Недостатками известного хранилища являются: - его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, связанная с наземным расположением емкости, которое не позволяет полностью исключить контакт радиоактивных отходов с атмосферной влагой; - его пониженная надежность, связанная с опасностью разрушения железобетонных колец под воздействием атмосферной влаги, в особенности в зимний период при ее замерзании.

Известно хранилище радиоактивных отходов (2), представляющее собой железобетонный отсек размером 2,4 х 4,8 х 6,0 м, размещенный в породном массиве. Внутренняя поверхность отсека, в котором размещают РАО, покрыта водонепроницаемой облицовкой, а наружная - слоем битума. Сверху железобетонный отсек закрыт железобетонной крышкой, на которой сверху последовательно расположены слой бетона толщиной 0,1 м, двойной слой битумной изоляции, бетонный слой, защищающий битумную изоляцию и 0,5 м слой глины.

Недостатками известного хранилища являются: - его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная возможностью проникновения в железобетонный отсек грунтовых вод, вымываемости ими радионуклидов из РАО и их выноса в окружающую среду, вследствие того, что при долгосрочном хранении водонепроницаемая облицовка и слой битума сами будут подвергаться разрушению и не обеспечат надежной гидроизоляции; - его пониженная надежность, связанная с опасностью разрушения железобетонного отсека под воздействием грунтовых вод, в особенности в зимний период при их замерзании.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому железобетонном хранилищу радиоактивных отходов является железобетонное хранилище радиоактивных отходов (3), представляющее собой окруженную дренажной канавой, выполненную в породном массиве, сужающуюся сверху вниз емкость с плоским горизонтальным днищем, на котором расположен выступающий над поверхностью породного массива, железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар со стенками, днищем и крышкой, образованной плитами перекрытия, в котором размещают РАО, причем внутренняя поверхность стенок и днища железобетонного резервуара покрыта водонепроницаемой облицовкой (цементный раствор с добавкой жидкого стекла и битумной промазкой), а в пространстве между стенками сужающейся сверху вниз емкости и стенками железобетонного резервуара расположен прилежащий к ним слой глиняного гидроизолирующего барьера (глиняный замок).

Недостатками известного хранилища являются: - его повышенная экологическая опасность для окружающей среды, обусловленная возможностью проникновения внутрь железобетонного резервуара через поры слоя глиняного гидроизолирующего барьера и поры стенок железобетонного резервуара грунтовых вод, вымываемости ими радионуклидов из РАО и их выноса в окружающую среду, вследствие того, что при долгосрочном хранении любая водонепроницаемая облицовка будет постепенно утрачивать свои гидроизолирующие свойства; - его пониженная надежность, связанная с опасностью разрушения стенок железобетонного резервуара под воздействием грунтовых вод, в особенности в зимний период при их замерзании.

Преимуществами заявляемого железобетонного хранилища радиоактивных отходов являются повышение его экологической безопасности для окружающей среды, а также повышение его надежности.

Указанные преимущества обеспечиваются за счет того, что заявляемое железобетонное хранилище радиоактивных отходов представляет собой окруженную дренажной канавой, выполненную в породном массиве, сужающуюся сверху вниз емкость с плоским наклонным днищем в форме четырехгранной усеченной пирамиды с величинами ребер K₁, К₂, К₃ и К₄, удовлетворяющими условию K₁ < K₂ = К₃ < К₄, причем ребра с величинами К₂ и К₃ являются противолежащими.

В сужающейся сверху вниз емкости над ее плоским наклонным днищем расположен, выступающий над поверхностью породного массива, железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар со стенками, днищем и крышкой, образованной плитами перекрытия, причем внутренняя поверхность стенок и днища железобетонного резервуара покрыта водонепроницаемой облицовкой.

По внешнему периметру на стенках железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара выше уровня поверхности породного массива выполнен прилив толщиной H, верхняя поверхность которого является плоской и расположена под углом α к горизонтали.

В пространстве между стенками и плоским наклонным днищем сужающейся сверху вниз емкости, а также между стенками и днищем железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара расположен слой глиняного гидроизолирующего барьера, прилежащий к стенкам и днищу железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара толщиной h, удовлетворяющей условию h ≤ H, а также слой водопроницаемого грунта, расположенный между слоем глиняного гидроизолирующего барьера и стенками и плоским наклонным днищем сужающейся сверху вниз емкости, верхняя поверхность которого выполнена плоской и расположена под углом ϕ к горизонтали, где ϕ - угол ее естественного откоса (составляющий от 5^o до 45^o) (4), причем в низшей точке сужающейся сверху вниз емкости расположено водозаборное устройство, снабженное водотранспортной магистралью, выходящей на поверхность породного массива, а угол α удовлетворяет условию 3° ≤ α ≤ ϕ. Отличительными признаками заявляемого железобетонного хранилища радиоактивных отходов являются: - то, что сужающаяся сверху вниз емкость имеет плоское наклонное днище и выполнена в форме четырехгранной усеченной пирамиды с величинами ребер K₁, К₂, К₃ и К₄, удовлетворяющими условию K₁ < К₂ = К₃ < К₄, причем ребра с величинами К₂ и К₃ являются противолежащими; - то, что железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар расположен в сужающейся сверху вниз емкости над ее плоским наклонным днищем;
- то, что по внешнему периметру на стенках железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара выше уровня поверхности породного массива выполнен прилив толщиной H, верхняя поверхность которого является плоской и расположена под углом α к горизонтали;
- то, что слой глиняного гидроизолирующего барьера расположен также еще и под днищем железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара, является прилежащим к нему и имеет толщину h, удовлетворяющую условию h ≤ H;
- то, что между слоем глиняного гидроизолирующего барьера и стенками и плоским наклонным днищем сужающейся сверху вниз емкости расположен слой водопроницаемого грунта, у которого верхняя поверхность выполнена плоской и расположена под углом ϕ к горизонтали, где ϕ - угол ее естественного откоса;
- то, что в низшей точке сужающейся сверху вниз емкости расположено водозаборное устройство, снабженное водотранспортной магистралью, выходящей на поверхность породного массива;
- то, что угол α удовлетворяет условию 3° ≤ α ≤ ϕ.
Заявляемое железобетонное хранилище радиоактивных отходов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 представлен в разрезе общий вид железобетонного хранилища радиоактивных отходов (в варианте, когда α = ϕ).
На фиг. 2 представлен в разрезе элемент стенки железобетонного хранилища радиоактивных отходов с выполненным на ней приливом (в варианте, когда α = ϕ).
На фиг. 3 представлена конфигурация выполненной в породном массиве сужающейся сверху вниз емкости с плоским наклонным днищем.

Железобетонное хранилище радиоактивных отходов состоит из сужающейся сверху вниз емкости 1, плоского наклонного днища 2 сужающейся сверху вниз емкости, дренажной канавы 3, железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара 4, стенок 5 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара, крышки 6 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара, днища 7 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара, прилива 8, слоя 9 глиняного гидроизолирующего барьера, слоя 10 водопроницаемого грунта, водозаборного устройства 11 и водотранспортной магистрали 12.

Заявляемое железобетонное хранилище радиоактивных отходов функционирует следующим образом.

В отсеках железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара 4, установленного в сужающейся сверху вниз емкости 1 с плоским наклонным днищем 2 сужающейся сверху вниз емкости, размещают твердые или отвержденные радиоактивные отходы. После заполнения отсеков железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара 4 свободное пространство между кусками радиоактивных отходов заливают цементным раствором, сам железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар 4 закрывают крышкой 6 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара и осуществляют процесс долгосрочного хранения радиоактивных отходов, проводя контроль за его безопасностью. В процессе хранения с помощью дренажной канавы 3, окружающей железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар 4, осуществляют сбор и отвод поверхностной воды, образующейся в результате выпадения атмосферных осадков. Атмосферные воды, попадая на плоскую наклонную верхнюю поверхность прилива 8, стекают по ней на плоскую верхнюю поверхность слоя 10 водопроницаемого грунта и движутся по этому слою в низшую точку сужающейся сверху вниз емкости 1, в которой расположено водозаборное устройство 11, причем наличие плоского наклонного днища у сужающейся сверху вниз емкости с одной низшей точкой обусловлено ее выполнением в виде четырехгранной усеченной пирамиды с величинами ребер K₁, К₂, К₃ и К₄, удовлетворяющими условию K₁ < К₂ = К₃ < К₄, при том, что ребра с величинами К₂ и К₃ являются противолежащими. То же самое происходит и с грунтовыми водами, как только они подступают к внешней поверхности слоя 10 водопроницаемого грунта. Собирающаяся в низшей точке сужающейся сверху вниз емкости 1 вода с помощью водозаборного устройства 11 и водотранспортной магистрали 12 удаляется на поверхность породного массива и сбрасывается в дренажную канаву 3. Поскольку сопротивление движущимся водным потокам у слоя 10 водопроницаемого грунта во много раз меньше, чем у слоя 9 глиняного гидроизолирующего барьера, то даже при наличии в нем пор вода не будет просачиваться по ним к стенкам 5 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара и днищу 7 железобетонного, разделенного на отсеки, резервуара, причем в случае, если угол α не будет удовлетворять условию 3° ≤ α ≤ ϕ, a h условию h ≤ H, вышеуказанный эффект обеспечить будет невозможно.

Благодаря этому слой 9 глиняного гидроизолирующего барьера будет надежно защищать железобетонный, разделенный на отсеки, резервуар 4 от воздействия на него влаги, одновременно выполняя при этом еще и функцию теплоизолирующего слоя, что обеспечит, с одной стороны, повышение экологической безопасности железобетонного хранилища радиоактивных отходов для окружающей среды, а с другой - повышение его надежности.

Литература
1. И.А.Соболев, Л.М.Хомчик. "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 73.

2. И.А.Соболев, Л.М.Хомчик. "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 72.

3. И.А.Соболев, Л.М.Хомчик. "ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ НА ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ПУНКТАХ", Москва, Энергоатомиздат, 1983, стр. 74.

4. В. В. Ржевский, Г. Я. Новик. "Основы физики горных пород", Москва, Недра, 1967, стр.22.

Формула изобретения

Железобетонное хранилище радиоактивных отходов, включающее окруженную дренажной канавой, выполненную в породном массиве, сужающуюся сверху вниз емкость с плоским днищем, в которой расположен выступающий над поверхностью породного массива железобетонный, разделенный на отсеки резервуар со стенками, днищем и крышкой, образованной плитами перекрытия, причем внутренняя поверхность стенок и днища железобетонного резервуара покрыта водонепроницаемой облицовкой, а в пространстве между стенками сужающейся сверху вниз емкости и стенками железобетонного, разделенного на отсеки резервуара расположен прилежащий к ним слой глиняного гидроизолирующего барьера, отличающееся тем, что плоское днище сужающейся сверху вниз емкости выполнено наклонным, сужающаяся сверху вниз емкость выполнена в форме четырехгранной усеченной пирамиды с величинами ребер К₁, К₂, К₃ и К₄, удовлетворяющими условию К₁ < К₂ = К₃ < К₄, причем ребра с величинами К₂ и К₃ являются противолежащими, железобетонный, разделенный на отсеки резервуар расположен над плоским наклонным днищем, сужающейся сверху вниз емкости, по внешнему периметру на стенках железобетонного, разделенного на отсеки резервуара выше уровня поверхности породного массива выполнен прилив толщиной Н, верхняя поверхность которого является плоской и расположена под углом α к горизонтали, слой глиняного гидроизолирующего барьера имеет толщину h, удовлетворяющую условию h ≤ Н, расположен также еще и под днищем железобетонного, разделенного на отсеки резервуара и является прилежащим к нему, между слоем глиняного гидроизолирующего барьера и стенками и плоским наклонным днищем сужающейся сверху вниз емкости расположен слой водопроницаемого грунта, у которого верхняя поверхность выполнена плоской и расположена под углом ϕ к горизонтали, где ϕ - угол ее естественного откоса, причем в низшей точке сужающейся сверху вниз емкости расположено водозаборное устройство, снабженное водотранспортной магистралью, выходящей на поверхность породного массива, а угол α удовлетворяет условию 3°≤α≤ϕ.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3