CN110709944A

CN110709944A - 用于长寿命的低到高水平放射性废弃物的容器

Info

Publication number: CN110709944A
Application number: CN201880033152.8A
Authority: CN
Inventors: 帕特里斯·斯唐热尔
Original assignee: Global Telecom Marketing Gtm Co Ltd
Current assignee: Global Telecom Marketing Gtm Co Ltd
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2020-01-17
Also published as: LU100166B1; WO2018185233A1; US11367538B2; EA201992292A1; EP3607561B1; US20200043619A1; CA3058277A1; EA037732B1; EP3607561A1

Abstract

本发明包括用于放射性废弃物的容器，该容器包括：钢制外壁；钢制内壁；位于两个钢制壁之间的铅层；钢制基部；钢制盖；位于容器内部的一定体积的石英砂；至少部分地被一定体积的石英砂涂覆/围绕/覆盖的至少一个内部接收器/匣子/盒；以及位于接收器内部的放射性废弃物。内部容器可以由钢制成，并且可以包含低水平放射性废弃物。替代性地，接收器可以由陶瓷材料制成，并且可以包含高水平放射性废弃物。在一个优选的实施方式中，容器包括内部搁架，内部接收器被放置在该内部搁架中。

Description

用于长寿命的低到高水平放射性废弃物的容器

技术领域

本发明涉及对长寿命的放射性废弃物进行储存的领域。更具体地，本发明涉及用于对低到高水平的长寿命的放射性废弃物进行储存的容器。

背景技术

放射性废弃物是不再能被人类回收或再利用的任何放射性材料。

核废弃物具有非常不同的来源和性质。这些核废弃物是例如核电站乏燃料中所包含的除了其中所包含的铀和钚之外的元素、用于医疗或工业用途的放射性元素、或者与放射性元素接触过的物质。

两个参数使得可以理解它们存在的风险：

-放射性反映了废弃物的毒性，包括其对人类和环境的潜在影响。

-寿命有助于界定潜在危害的持续时间。

90％的放射性废弃物是低水平的短寿命的放射性废弃物。选择和管理方式是数十年前通过建立工业规模的地表储存中心而做出的。

对于剩余的10％——中到高水平的长寿命的放射性废弃物，尚未做出对长期管理方式的选择。目前，工业上将其安全地且数十年地存储在其生产现场处的专门建造的建筑中的地表上。

废弃物管理被定义如下：

-废弃物的高级分离和转变，其目的是将某些长寿命的废弃物分拣并使其转化成毒性较小且寿命较短的其他废弃物。这减少了废弃物的长期危害。

-在深层地质构造中储存，其目的是开发地下储存设备和技术，聚焦于允许可逆性的概念。

长期的地表和地下包装与储存过程——其目的是开发放射性废弃物包装及其长期储存条件——确保了利用与已经存在的方案互补的方案对人类和环境进行保护，使得可以进一步对废弃物进行防护。

根据两个标准对放射性废弃物进行分类。

a)它们的活性，其是每秒在它们内部发生的核衰变的数量。对于质量为1kg的物质，以贝克勒(becquerel，贝可勒尔、贝可)(1Bq＝1衰变每秒)为单位测量活性。

这里有一些示例：

1kg的雨水：约1Bq(天然放射性)

1kg的花岗岩土壤：约10,000Bq(天然放射性)

1kg的铀矿石：约10⁵Bq(天然放射性)

1kg的刚排放的乏燃料*：约为10¹⁴Bq。

*活性随时间降低。10年后，燃料活性降低约6倍。

b)它们的放射性蜕变周期，或者简称它们的“周期”，根据定义，其是用于物质活性减半所需的时间。

半衰期不取决于所考虑的材料的质量。每种纯放射性核素都具有完全已知的周期，其值的范围可以从不到千分之一秒(例如钋214：0.16ms)通过所有中间值(碘131：5天，铯137：30年，钚239：24,000年，铀235：700万年，等等)到数十亿年(例如铀238：45亿年)。

如果物质是混合的，则将存在的所有放射性核素中最长久的放射性核素作为用于放射性周期的值。

放射性核素通过衰变转化成另一种核，被称为“后代”；该母核要么是稳定的，要么也是放射性的并且又衰变......等，直到形成稳定的核。

最初的短寿命核很可能具有长寿命的后代。然后，该长寿命的后代就是我们保留的那些的周期。

根据“活性”和“周期”这两个标准，遵循活性的分类反映了就辐射防护而言有必要采取的技术性预防措施；根据周期的排名反映了危害的持续时间

关于活性标准，可以说废弃物具有：

-“极低活性”，如果其活性水平低于一百贝克勒每克(天然放射性的数量级)

-“低活性”，如果其活性水平在几十贝克勒每克至几十万贝克勒每克之间，并且其放射性核素的含量足够低，以至于在普通的处理和运输操作期间不需要防护。

-“平均活性”，如果其活性水平为约一百万至十亿贝克勒每克(在1MBq/gr至GBq/gr)。

-“高活性”，如果其活性水平为约几十亿贝克勒每克(GB/gr)，对于该水平，比功率为约一瓦特每千克，因此命名为“热”废弃物。

关于周期标准，可以说废弃物具有：

-“极短寿命”，如果其周期小于100天，(这允许通过放射性蜕变对其进行管理，其在几年后被处理成普通的工业废弃物)。

-“短寿命”，如果其放射性主要来自周期小于31年的放射性核素(这确保了其在几个世纪的历史尺度上消失)

-“长寿命”，如果其含有大量的具有大于31年的周期的放射性核素(这需要与地质时间尺度相容的围堵和稀释管理)

通常，在放射性核素半衰期的十倍之后，其活性已经除以1024，这使其能够从一种活性类别发展至另一种活性类别。因此，在310年之后，“中等水平短寿命”废弃物就变成了至多“低水平短寿命”废弃物，并且再过三个世纪将使其落入“极低活性”类别。

其他的分类标准涉及废弃物的化学风险和物理化学性质。放射性同位素将更加危险，因为它们是高度放射性的、具有化学毒性并且易于转移到环境中。

需要详细且具体的防护措施的放射性废弃物是高水平长寿命的(HLLL废弃物)。如果你保持暴露于这种废弃物过长时间，那么这种废弃物的活性通常足以引起灼伤。

HLLL废弃物主要来源于来自核电站的乏燃料。

为方便起见，并且由于高水平废弃物对人类造成的后果的严重性，根据预防原则，现在可以强加地将这种高水平废弃物的辐射防护建立在地质围堵装置的基础上。这种放射性废弃物将被储存在深层的地质层中并且以永久的方式进行储存。然而，尽管其放射性保持显著达数十万甚至数百万年，但是不依赖于事实的情况将是，这种废弃物将随着时间的流逝转化成“低水平长寿命”废弃物，因此不再强加这种预防。此外，迄今为止，没有什么可以保证容器——无论其是什么容器——的密封以及在如此长的周期内的岩石稳定性。结果，放射性将不可避免地通过在非常大的区域上不受控制地污染重要元素(水、土壤，等等)而上升到表面。

将HLLL废弃物储存“在地下”即在例如不超过地下5m的深度处以及在监控的位置的替代性选项允许在将来进行回收的情况下容易访问废弃物。

在地下长期储存的替代性选项中，必须考虑到自然元素可能对所使用的储存装置造成的风险。

火是极具破坏性的自然元素，并且将HLLL废弃物储存在地下的装置必须能够经受火，至少能够暂时性地经受火。

文献WO 2011/026976公开了一种包括覆盖废弃物的两个层的放射性废弃物包装。该包装包括：外层，该外层包括液化微粒化塑料和微粒化氧化铁粉末的混合物；陶瓷材料的内层。外层是2-3mm。外层吸收来自外部的射线。包装还可以包括附加的塑料涂层以防水。外层抗辐射和抗热，但是它肯定不抗火。

钢制储存罐也是公知的，并且以各种形式在市场上广泛可购得。通常用于长期储存的罐包括底部、外壁和盖、以及用于将盖封闭在外壁上的装置。内部铅壁阻挡来自废弃物的某些伽玛射线。然而，这种罐不承受高温。

发明主题

本发明的目的是增加放射性废弃物容器的安全性，更特别地是增加其对高温的抵抗力，为将其储存在地表或地下以及为相关的火灾风险做准备。

发明内容

根据本发明，该目的是通过放射性废弃物容器来实现的，该放射性废弃物容器包括：钢制外壁；钢制内壁；位于两个钢制壁之间的铅层；钢制底部；钢制盖；位于容器内部的一定体积的石英砂；至少一个内部器皿/匣子/内盒，该至少一个内部器皿/匣子/内盒至少部分地被一定体积的石英砂覆盖、涂覆、包围、覆盖；以及位于容器内部的放射性废弃物。

消防安全产品必须证明对火有反应(不可燃)和耐火性(在一段时间内稳定)。钢不会着火，并且钢制壁的耐火性会随其厚度而增加。在本发明中，与现有的罐一样，容器包括外壁和铅层。它的特点是内部钢制壁在一侧与铅层接触，并且在另一侧与石英砂层接触，而石英砂层本身与器皿壁接触。将铅限制在双层钢制壁之间的空间中确保了即使在高于铅熔点的温度处也具有良好的辐射防护。

石英砂层和铅层将增强对高温的抵抗力，并且将确保即使在非常高的温度处容器也具有完整性。

这种令人惊奇的效果来自下述事实：夹在外部钢制壁与内部钢制壁之间以及内壁与器皿的壁之间的铅和石英砂会缓慢熔化，吸收了大量的热能供应。部分地处于熔融状态、部分地处于固体状态的铅、相应地砂的层的温度不会上升超过铅、相应地石英砂的熔化温度，只要其保持处于固体状态。将存在两个温度水平，第一个处于铅熔化温度，并且第二个处于石英砂熔化温度。

结果，即使在非常高的温度处，铅层和石英砂层也将在一段时间内增加耐温性并将确保容器的完整性。

根据铅的纯度，铅具有约320℃的熔化温度和约1700℃的沸腾温度。根据石英砂的纯度，石英砂具有1300-1600℃的熔化温度和大约2000℃的沸腾温度。

根据本发明的有利方式，铅层的厚度在25mm至50mm之间。在容器与内部钢制壁之间的石英砂层优选地具有至少2cm、优选地至少3cm的厚度。砂层的最大厚度优选地小于10cm，更优选地小于8cm，并且特别地小于6cm。

根据有利的实施方式，外壁包括泄压阀。该阀将允许从双层钢制壁之间的空间中所包含的铅的熔化/沸腾中疏散气体。

内部器皿优选为不锈钢。不锈钢内部器皿将在达到1535℃的熔化温度之前不会熔化。

不锈钢内部容器可以包含低水平放射性废弃物。

根据另一优选的实施方式，内部器皿是陶瓷的。陶瓷内部器皿因其在1400℃的温度处的耐受性而非常受关注。

陶瓷内部器皿可以包含低水平放射性废弃物。

根据有利的实施方式，盖包括钢制外壁、钢制内壁以及包含在两个钢制壁之间的铅层。根据实施方式，底部包括钢制外壁、钢制内壁以及包含在两个钢制壁之间的铅层。如此制造的盖和底部——如有需要——可以阻挡一部分的伽马辐射废弃物。

内部器皿可以包括可移除的帽。具有帽的内部器皿将完全隔离放射性废弃物。

容器可以包括具有一个或多个隔室的内部搁架，一个或多个器皿被定位在所述内部搁架中。搁架有助于将若干个器皿布置在容器内。内部搁架可以包括一个或多个门，该一个或多个门提供对所述隔室容易访问。

内部搁架优选地包括一个或多个定心装置和/或一个或多个抓持装置。另外，内部搁架可以包括一个或多个孔，以允许砂填充器皿与搁架之间的空间。

根据另一优选的实施方式，钢是不锈钢，优选地是316L型钢。替代性地，不锈钢的成分可以是在核工业中或者另外其他工业中例如在海洋领域中或在安全家用封闭装置领域中使用的其他不锈钢的成分。

根据有利的实施方式，容器还包括覆盖内部容器中的放射性废弃物的塑料层。塑料层阻挡了放射性辐射的附加部分。

容器优选地包括覆盖外壁的外部橡胶封壳。

附图说明

根据下面参考附图通过例示的方式呈现的一些有利的实施方式的详细描述，本发明的其他特性和特征将变得明显。这些附图示出了：

图1：是根据本发明的并且第一实施方式中的容器的截面图。

图2：是根据本发明的并且第二实施方式中的容器的截面图。

具体实施方式

图1例示了根据本发明的第一实施方式的用于放射性废弃物的容器10。用于放射性废弃物的容器10包括：钢制外壁12；钢制内壁14；被包含在两个钢制壁12和14之间的铅层16；钢制底部18；钢制盖20；位于容器内部的一定体积的石英砂22；以及至少部分地被一定体积的石英砂22(在图像中用叉号表示)覆盖、涂覆、包围、覆盖的至少一个内部器皿/匣子/内盒24₁和24₂。放射性废弃物26位于器皿24内部。

容器10的内壁14、底部18和盖20意味着，一旦被组装，容器的内壁、底部18和盖20就形成废弃物隔离件26的内部封壳。该内部封壳限定了器皿24₁和24₂与废弃物26和石英砂22一起容置在其中的内部空间。

钢制底部18是接收器皿的壁，并且从底部18延伸到盖20的外壁12和内壁14围绕容器24₁和24₂。该底部形成圆形轮廓，它可以替代性地形成椭圆形、正方形或任何多边形形状。外周缘壁和内周缘壁以及盖可以具有对应的形状或不同的形状。

内壁14和外壁12可以例如通过焊接两个预先制圆的钢板制成。内壁14和外壁12在它们的下边缘处焊接在钢制底部18上。然后，将熔化的铅或铅合金预先倒在内壁和外壁之间以形成铅层16。在熔化的情况下，铅层16不会在容器内扩散。此外，底部18可以是平坦的或者可以包括特定的形状，例如用于容器24₁和24₂中的一个/多个容器的定位。

外壁具有外径在500mm至1000mm之间的圆形截面。根据底部和盖之间的高度，容器的高度在800mm至1500mm之间。

内壁14和外壁12的厚度在3mm至10mm之间，并且铅层16的厚度在25mm至50mm之间。

钢制底部18和钢制盖的厚度可以等于内壁14和外壁12的厚度值的两倍以上，例如三倍。

容器10包括用于将钢制盖20固定和附接到外壁12和内壁14的上端的圆环19。固定环19包括用于接收螺栓的孔，该螺栓用于穿过钢制盖20上的对应的孔来固定盖。

石英砂是指具有微量的不同元素诸如Al、Li、B、Fe、Mg、Ca、Ti、Rb、Na、OH的硅砂。石英砂具有熔化后然后硬化的玻璃化特性。将选择具有低熔点的石英砂。这样形成的玻璃的体积还可以阻挡一些放射性辐射(例如，利用石英砂与辐射吸收材料的预混合物)。

外壁12包括泄压阀40。以对在铅层16熔化的情况下排出的气体进行疏散。

容器10还包括搁置装置50或搁架/陈列架，该搁置装置或搁架/陈列架包括接收两个器皿24₁和24₂的一个或多个叠置的隔室52₁和52₂。每个隔室都包括允许容易地访问隔室内部的门(未示出)。

内部搁架50包括：与容器10的底部18接触的底壁53；上壁54；在下壁53与上壁54之间延伸的柱形壁56；以及形成下壁52与上壁54之间的支承件的中间壁58。

第一容器24₁定位在内部搁架50的底壁52上。第二容器24₂放置在中间壁58上。侧壁56包括若干个孔或孔口60。

内部搁架50在石英砂之前定位在容器内部。内部搁架50的侧壁56中的孔60允许石英砂转移到隔室52₁和52₁中，以便围绕和访问器皿24₁和24₂。取决于内部搁架50中的孔的布置，砂还可以覆盖器皿24₁和24₂。应该注意的是，砂还可以预先放置在容器24₁的下方。替代性地，内部搁架50可以包括竖向/水平/对角安装件以及连接到该安装件的托架；因此，石英砂可以通过穿过安装件和托架围绕/覆盖器皿。

内部搁架50由不锈钢制成。内部搁架50包括第二上壁54'以及定位在两个上壁54和54'之间的铅板70。

内部器皿24₁和24₂包括可移除的帽28₁和28₂以及用于将30₁和30₂从可移除的帽稳固/凸缘连接/夹紧/拧紧到器皿24₁和24₂的装置。

内部器皿24₁和24₂包括定心装置和/或一个或多个用于将孔眼(未示出)抓持/钩住/贴附例如在盖20上的装置。

在该第一实施方式中，容器10包括两个陶瓷内部器皿24₁和24₂，其优选地由ACA997型陶瓷制成，更优选地由特殊陶瓷ACS 99,8LS 172制成。具有其帽28₁和28₂的器皿24₁和24₂的高度在250mm至300mm之间。器皿24₁和24₂的容量在10L至20L之间，并且承受高达1400℃的温度。

放置在器皿24₁和24₂中的废弃物26是高度放射性的。特别地，这种实施方式旨在对长寿命的中到高水平放射性废弃物进行储存，并且特别是对不可回收的包含裂变产物和少数锕系核素、核燃料灰的最终废弃物进行储存。

此外，容器10包括覆盖外壁12的外部橡胶/塑料/硅树脂封壳80。外部橡胶封壳80在图像上在容器10的下部区域处被部分地示出。外部橡胶封壳80是通过将容器10浸入液化橡胶浴中制成的。外部封壳80将防止容器被水降解。

图2例示了结合图1看的容器10的第二实施方式。它们将共同具有结合图1的第一实施方式所描述的特征。图2的附图标记在图1中用于对应的元素，但是对于图2中例示的第二实施方式，这些数字增加了100。特定的附图标记用于特定的元素，这些数字在100至200之间。

在该第二实施方式中，容器包括单个内部器皿124。内部器皿124放置在内部搁架150的单个隔室152中。内部器皿124由不锈钢制成。具有其盖128的内部器皿124的高度在500mm至1000mm之间。内部器皿124的容量在50L至350L之间。

位于内部器皿124中的废弃物126具有微弱的放射性。例如，废弃物由下述构成并且其半衰期小于100天：反应堆运行产生的燃料元件的金属结构；用过的手套；防护服；经辐射的工具；外壳；连接器；放射性采矿残渣，如果铀与其他另外的毒性产物诸如铅、砷、汞等一起存在则该放射性采矿残渣会造成化学毒性的问题；医疗部门的放射性废弃物。

在这里呈现的本发明实施方式中，容器100还包括塑料层190，该塑料层优选地是低密度聚合物，覆盖内部容器124中的放射性废弃物。塑料可以预先液化并与载荷混合和/或可以来自若干种低/高密度聚合物。

图例

10、100 容器

12、112 钢制外壁

14、114 钢制内壁

16、116 铅层

18、118 底部

19、119 环

20、120 盖

22、122 一定体积的石英砂

24₁、24₂、124 内部器皿

26、126 放射性废弃物

28₁、28₂、128 可移除的帽

30₁、30₂、130 连接装置

40、140 泄压阀

50、150 内部搁置装置

52₁、52₂、152 隔室

53、153 下壁

54、154 上壁

54'、154' 第二上壁

56、156 柱形壁

58 中间壁

60、160 孔

70、170 铅板

80、180 外部封壳

Claims

1.一种用于放射性废弃物的容器，包括：

钢制外壁

钢制内壁

在两个钢制壁之间的铅层

钢制底部

钢制盖

在所述容器内部的一定体积的石英砂

至少一个内部器皿，所述至少一个内部器皿至少部分地涂覆有石英砂

以及放射性废弃物，所述放射性废弃物在所述器皿内部。

2.根据权利要求1所述的容器，其特征在于，在所述器皿与所述钢制内壁之间的石英砂层的厚度为至少2cm。

3.根据权利要求1或2所述的容器，其特征在于，所述外壁包括泄压阀。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的容器，其特征在于，所述内部器皿由不锈钢制成。

5.根据权利要求4所述的容器，其特征在于，所述内部器皿包含低水平放射性废弃物。

6.根据权利要求1至3中的一项所述的容器，其特征在于，所述内部器皿是陶瓷的。

7.根据权利要求6所述的容器，其特征在于，所述内部器皿包含高放射性废弃物。

8.根据前述权利要求中的一项所述的容器，其特征在于，所述盖包括钢制外壁、钢制内壁以及在两个钢制壁之间的铅层。

9.根据前述权利要求中的一项所述的容器，其特征在于，所述底部包括钢制外壁、钢制内壁以及在两个钢制壁之间的铅层

10.根据权利要求1至3中的一项所述的容器，其特征在于，所述内部器皿包括可移除的帽。

11.根据前述权利要求中的一项所述的容器，其特征在于，所述容器包含内部搁架，所述内部搁架包括一个或多个隔室，一个或多个器皿被布置在所述内部搁架中。

12.根据权利要求11所述的容器，其特征在于，所述内部搁架包括一个或多个门，所述一个或多个门提供对所述隔室的访问。

13.根据权利要求11或12所述的容器，其特征在于，所述内部搁架包括一个或多个定心装置和/或一个或多个抓持装置。

14.根据权利要求11至13中的一项所述的容器，其特征在于，所述内部搁架具有一个或多个孔。

15.根据前述权利要求中的一项所述的容器，其特征在于，所述钢是不锈钢，优选地是316L型钢。

16.根据前述权利要求中的至少一项所述的容器，还包括覆盖所述内部容器中的所述放射性废弃物的塑料层。

17.根据前述权利要求中的一项所述的容器，还包括覆盖所述外壁的橡胶封壳。