Способ длительного хранения оят в скважинах большого диаметра с трехслойной сталебетонной обсадкой

 

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к способам захоронения и длительного хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и других высокоактивных отходов атомных электростанций. Сущность изобретения: бурят скважину большого диаметра 2,8-3 м и глубиной до 100 м, обсаживают ее трехслойной сталебетонной крепью, состоящей из двух концентрически расположенных обечаек, выполненных из углеродистой стали, и заполняют пространство между ними бетоном. После обсадки скважины внешней обечайкой проводят тампонаж бентонитоцементным раствором и до размещения внутренней обечайки бетонируют дно скважины. Затем загружают корзины с пеналами и устанавливают их на кронштейны, приваренные к внутренней обечайке, с плотным соединением одной корзины к другой. Далее закрывают скважину колпаком, вокруг которого делают обваловку из глины. Поскольку имеется наличие остаточного тепловыделения, осуществляют вентиляцию закрытой скважины при помощи воздухозаборных устройств. Преимущества изобретения заключаются в увеличении срока хранения отработанного ядерного топлива, а также в повышении экологической безопасности. 2 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к способам захоронения и длительного хранения отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и других высокоактивных отходов атомных электростанций.

Известен способ хранения высокоактивных отходов, охарактеризованный в патенте Великобритании 2137404, опубл. 03.10.1984. Хранение высокоактивных отходов осуществляют в герметичных камерах глубиной до 10 м, расположенных в скальном грунте.

Недостатки известного решения заключаются в том, что внутреннее пространство камеры недостаточно укреплено, отсутствие вентиляции и наличие остаточного тепловыделения приведут к быстрому разрушению контейнеров и выщелачиванию радионуклидов. Перечисленные недостатки не позволяют осуществлять долговременное хранение высокоактивных отходов.

Наиболее близким по технической сущности решением, принятым в качестве прототипа, является способ, изложенный в статье Козлова Ю.В. и др. "Длительное хранение и транспортирование отработавшего ядерного топлива", Атомная энергия, т. 89, вып.4, 2000, с.275-276. Хранение отходов осуществляют в скважинах, пробуренных в земле. Скважины облицовываются бетоном и нержавеющей сталью, в гнездо бетонного основания устанавливается бетонная защитная пробка, которая закрывает трубу, загруженную пеналами с отработавшим топливом. Герметизация скважины осуществляется крышкой с герметичной прокладкой и слоем грунта, через который рассеивается в атмосферу остаточное тепло.

Недостатки прототипа заключаются в том, что недостаточная вентиляция внутреннего пространства при наличии остаточного тепловыделения приведет к быстрому разрушению хранилища контейнеров, содержащих отработанное ядерное топливо. Данное обстоятельство приводит к повышенным экономическим и эксплуатационным затратам, поскольку не позволит осуществлять долговременное хранение высокоактивных отходов.

Изобретение решает задачу долговременного хранения (более 50 лет) отработанного ядерного топлива, использования доступных материалов при его реализации. Кроме того, способ хранения отработанного ядерного топлива в скважинах обеспечивает экологическую безопасность при возникновении естественных и техногенных катаклизмов и соответствует требованиям МАГАТЭ.

Для решения поставленной задачи бурят скважину диаметром 2,8-3 м и глубиной до 100 м, обсаживают ее трехслойной сталебетонной крепью, состоящей из двух концентрически расположенных обечаек, выполненных из углеродистой стали, и заполняют пространство между ними бетоном. После обсадки скважины внешней обечайкой проводят тампонаж бентонитоцементным раствором и до размещения внутренней обечайки бетонируют дно скважины. Затем загружают корзины с пеналами и устанавливают их на кронштейны, приваренные к внутренней обечайке, с плотным соединением одной корзины к другой. Далее, закрывают скважину колпаком, вокруг которого делают обваловку из глины. Поскольку имеется наличие остаточного тепловыделения, осуществляют вентиляцию закрытой скважины при помощи воздухозаборных устройств.

Способ длительного хранения ОЯТ в скважинах большого диаметра поясняется чертежами, где фиг.1 - конструкция секции трехслойной сталебетонной крепи: 1 - трехслойная сталебетонная крепь; 2 - внешняя обечайка; 3 - внутренняя обечайка; 4 - ребра жесткости; 5 - бетонное заполнение; фиг.2 - скважина с установленными в ней корзинами: 6 - скважина; 7 - корзина; 8 - кронштейны для установки корзин; 9 - колпак; 10 - центральная тяговая труба, проходящая через центр корзины; 11 - обваловка из глины; 12 - бентонитоцементный раствор.

Способ осуществляется следующим образом. В породном массиве бурятся с поверхности скважины большого диаметра, глубиной до 100 м, при этом оптимальная глубина составляет 55-65 м. Под скважинами "большого диаметра" подразумевается скважина, имеющая диаметр 2800-3000 мм. Бурение скважин указанного диаметра наиболее эффективно осуществляется при помощи буровой установки немецкой фирмы "ВИРТ - Л35".

После бурения скважины осуществляют обсадку: помещают внешнюю обечайку, внутри которой через определенные расстояния приварены габариты - ребра жесткости. Затем осуществляют тампонаж пространства между стенкой скважины и обечайкой бентонитоцементным раствором на основе бентонитовой глины и портландцемента марки М400 или М500. Перед размещением внутренней обечайки бетонируется дно скважины. Пространство между внутренней и внешней обечайкой заполняется бетоном. Для заполнения микропор в бетоне используется регулятор твердения ("Модификатор бетона МБ-01"). Для обсадки скважины могут применяться обечайки, изготовленные из углеродистой стали (Ст. 2 ГОСТ 380-71), при этом диаметр внешней обечайки составляет 2500 мм, а диаметр внутренней обечайки составляет 2000 мм.

После обсадки в скважину загружают корзины с пеналами. В скважине могут размещаться корзины с пеналами диаметром 630 мм и высотой 4000 мм (содержащие 31 пучок ТВЭЛ от РБМК) или 500 мм (содержащие 3 ТВС ВВЭР-1000). Конструкция узла соединения спуска буровой колонны с корзиной может быть основана либо на принципах ловильного бурового инструмента, либо с применением цанговых захватов, поскольку только указанные конструкции позволяют обеспечить высокую надежность процесса спуска и извлечения. Форма выполнения днища и верхней части корзины позволяют обеспечить плотное соединение одной корзины с другой, а также надежную стыковку центральной тяговой трубы, которая проходит через центр корзины.

В качестве несущей конструкции для восприятия веса используется сама железобетонная крепь, имеющая достаточную несущую способность по вертикальной оси скважины. Для размещения загрузочных корзин секции крепи снабжены приваренными к внутренней обечайке кронштейнами. Форма корзин позволяет при спуске миновать вышележащие кронштейны, а установка корзины производится путем поворота вокруг вертикальной оси на 45^o (при четырех опорах по периметру).

Закупоривают скважину до полной изоляции при помощи колпака, вокруг которого делают обваловку из глины. Вентиляция осуществляется при помощи поступления атмосферного воздуха через воздухозаборные устройства, кроме того, для вентиляции также используют тяговую трубу.

При обследовании скважины извлекают пеналы с отработанным ядерным топливом. Для этих целей используют крановое хозяйство, а также специально созданную резервную скважину.

Реализация способа долговременного хранения ОЯТ в скважинах позволит осуществить надежную и недорогую изоляцию высокоактивных отходов на значительный период времени. Кроме того, сухие хранилища, которые могут быть созданы с применением способа, соответствуют международным нормам безопасности по хранению высокоопасных, токсичных и радиоактивных отходов.

Формула изобретения

Способ длительного хранения отработанного ядерного топлива в скважинах, включающий бурение скважины, ее обсадку сталебетонной крепью, размещение в ней корзин с пеналами с отработанным ядерным топливом и закупоривание скважины, отличающийся тем, что бурят скважину большого диаметра 2,8-3 м и глубиной до 100 м, обсаживают ее трехслойной сталебетонной крепью, состоящей из двух концентрически расположенных обечаек, выполненных из углеродистой стали, с заполнением пространства между ними бетоном, после обсадки скважины внешней обечайкой проводят тампонаж бентонитоцементным раствором, бетонируют дно скважины до размещения внутренней обечайки, корзины устанавливают на кронштейны, приваренные к внутренней обечайке, с плотным соединением одной корзины к другой, закрывают скважину колпаком, вокруг которого делают обваловку из глины, а вентиляцию закрытой скважины осуществляют при помощи воздухозаборных устройств.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2