CN112534518A - 危险材料罐 - Google Patents

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Abstract

一种在地下库中储存废核燃料的罐，包括第一端部分、第二端部分、以及中间部分，该中间部分可附接到第一端部分和第二端部分，以限定壳体的内容积，该内容积的尺寸设定成封围至少一个废核燃料组件。第一端部分和第二端部分包括屏蔽物。

Description

危险材料罐
技术领域
本公开涉及一种危险材料罐，更具体地，涉及一种用于废核燃料的罐。
背景技术
危险废料通常被放置在长期、永久或半永久的储库中，以防止生活在所储存的废料附近的人群中的健康问题。这种危险废料的储存通常具有挑战性，例如，在储存位置标识和封堵保证方面。例如，核废料(例如，来自商用动力反应堆、测试反应堆的废核燃料，或者甚至高级军用废料)的安全储存被视为能源技术的重大挑战之一。长寿命放射性废料的安全储存是在美国和世界范围内采用核能的主要障碍。
发明内容
在通用实施方式中，一种在地下库中储存废核燃料的罐包括第一端部分、第二端部分、以及中间部分，该中间部分可附接到第一端部分和第二端部分，以限定壳体的内容积，该内容积的尺寸设定成封围至少一个废核燃料组件。第一端部分和第二端部分包括屏蔽物。
在可与通用实施方式相结合的某方面中，所述中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述放射性气体包括氚气。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述中间部分包括圆形截面。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述第二端部分包括所述罐的底部构件。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，底部构件机械地附接到所述中间部分。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述机械附接包括焊接。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件，并且所述屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述材料包括不锈钢或碳钢。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述材料包括钛或镍铬合金。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括附接到所述中间部分的非导电材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述多个石英构件中的至少一部分包括球形或部分球形的石英构件。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括非传导覆盖物，所述非传导覆盖物封围所述非传导材料的至少一部分。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述非传导覆盖物包括玻璃纤维护套。
在另一通用实施方式中，一种用于封堵废核燃料材料的方法包括：从核反应堆模块中移除至少一个废核燃料组件；将至少一个废核燃料组件放入废核燃料罐的内容积中，所述废核燃料罐包括基座部分和附接到所述基座部分的中间部分，所述基座部分和所述中间部分限定了所述内容积的至少一部分；以及将所述废核燃料罐的顶部部分附接到所述中间部分，以将所述至少一个废核燃料组件封围在所述内容积中，所述顶部部分和所述基座部分包括屏蔽物。所述废核燃料罐配置成将至少一个核燃料组件储存在地下储存库中。
在可与所述通用实施方式相结合的某方面中，中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述放射性气体包括氚气。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述中间部分包括圆形截面。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，底部构件机械地附接到所述中间部分。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述机械附接包括焊接。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件，并且所述屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，未屏蔽的材料包括不锈钢或碳钢。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述材料包括钛或镍铬合金。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括附接到所述中间部分的非导电材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
在可与前述方面中的任一方面结合的另一方面中，所述多个石英构件的至少一部分包括球形或部分球形的石英构件。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括非传导覆盖物，所述非导电覆盖物封围所述非传导材料的至少一部分。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所述非传导覆盖物包括玻璃纤维护套。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：使废核燃料罐移动通过延伸到地表中的钻孔的入口，该入口至少邻近地表；将废核燃料罐移动通过钻孔，所述钻孔包括大致竖直部分、过渡部分和大致水平部分，所述废核燃料罐的尺寸设定成从钻孔入口匹配通过钻孔的大致竖直部分、过渡部段和大致水平部分；将废核燃料罐移动到与钻孔的大致水平部分联接的地下储存库中，该地下储存库位于页岩层内或下方，并通过页岩层与包括动水的地下区域竖直地隔离；以及在钻孔中形成密封件，该密封件将钻孔的储存部分与钻孔的入口隔离。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，地下储存库形成在页岩层下方，并且通过页岩层与包括动水的地下区域竖直地隔离。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，地下储存库形成在页岩层内，并且通过页岩层的至少一部分与包括动水的地下区域竖直地隔离。
在可与前述方面中任一方面结合的另一方面中，页岩层的地质特性包括以下中的两个或更多个：小于约0.01毫达西(millidarcys)的可渗透率；小于约10MPa的脆性，其中，脆性是页岩层的压缩应力与页岩层的拉伸强度之比；至少约100英尺的靠近储存区域的厚度；或有机材料或黏土的约20至30％的容重。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，钻孔还包括至少一个壳套，该壳套从地表处或地表附近起延伸，通过钻孔，并进入地下储存库中。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：在使废核燃料罐移动穿过延伸进入地表的钻孔的入口之前，形成从地表到页岩层的钻孔。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：在钻孔中安装壳套，该壳套从地表处或地表附近起延伸，穿过钻孔，并进入地下储存库中。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：将壳套(水泥)粘结到钻孔。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：在形成钻孔之后，从页岩层生产烃流体，穿过钻孔，并到达地表。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：从钻孔移除密封件；以及从地下储存库将废核燃料罐取回到地表。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：监测来自地下储存库附近的传感器的、与废核燃料罐相关联的至少一个变量；以及在地表记录所监测的变量。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，所监测的变量包括辐射等级、温度、压力、氧气的存在、水蒸气的存在、液态水的存在、酸度或地震活动中的至少一个。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：基于所监测的变量超出阈值，从钻孔移除密封件；以及从地下储存库将废核燃料罐取回到地表。
可与前述方面中任一方面相结合的另一方面还包括：围绕钻孔的入口放置圆筒形屏蔽物，其包括被屏蔽的材料；以及将废核燃料罐下放通过圆筒形屏蔽件并进入钻孔的入口中。
在可与前述方面中任一方面相结合的另一方面中，将废核燃料罐移动到与钻孔的大致水平部分联接的地下储存库中包括：在至少一个轮子或辊上移动废核燃料罐。
在另一通用实施方式中，一种在地下库中储存废核燃料的罐包括第一端部分、第二端部分、以及中间部分，该中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料，其可附接到第一端部分和第二端部分，以限定壳体的内容积，该内容积的尺寸设定成封围至少一个废核燃料组件。所述第一端部分和所述第二端部分包括屏蔽物，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件。
在可与通用实施方式相结合的某方面中，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述放射性气体包括氚气。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述中间部分包括圆形截面。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述第二端部分包括所述罐的底部构件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，底部构件机械地附接到所述中间部分。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，其中，屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述材料包括不锈钢、碳钢、钛或镍铬合金中的至少一种。
可与前述方面中任一方面相结合的某方面还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
可与前述方面中任一方面相结合的某方面还包括附接到所述中间部分的非导电材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
可与前述方面中任一方面相结合的某方面还包括非传导覆盖物，所述非传导覆盖物封围所述非导电材料的至少一部分。
在另一通用实施方式中，用于封堵废核燃料材料的方法包括：将从核反应堆模块中移除的至少一个废核燃料组件放入废核燃料罐的内容积中，所述废核燃料罐包括基座部分和附接到所述基座部分的中间部分，所述基座部分和所述中间部分限定了所述内容积的至少一部分，所述中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料；以及将所述废核燃料罐的顶部部分附接到所述中间部分，以将所述至少一个废核燃料组件封围在所述内容积中，所述顶部部分和所述基座部分包括屏蔽物，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件。所述废核燃料罐配置成将至少一个核燃料组件储存在地下储存库中。
在可与通用实施方式结合的某方面中，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述放射性气体包括氚气。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述中间部分包括圆形截面。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，底部构件机械地附接到所述中间部分。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述材料包括不锈钢、碳钢、钛或镍铬合金中的至少一种。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，废核燃料罐还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，废核燃料罐还包括附接到所述中间部分的非传导材料。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
在可与前述方面中任一方面相结合的某方面中，废核燃料罐还包括非传导覆盖物，所述非导电覆盖物封围所述非传导材料的至少一部分。
根据本公开的危险材料罐的实施方式可包括以下特征中的一个或多个。例如，根据本公开的危险材料罐可以提供更快速和更经济高效的罐，用于在特定的储存位置长期储存以及永久丢弃废核燃料。作为另一示例，根据本公开的危险材料罐可以允许一个或多个废核燃料组件从核反应堆移动到一个或多个临时储存位置(例如，废核燃料池、干式屏蔽桶)，以及然后以相同或基本相同的配置移动到罐，从而减少了人力时间以及由于从组件拆开和重新包装(也许多次)燃料棒而导致的潜在的辐射暴露。与用于储存危险材料(比如废核燃料)的常规容器相比，根据本公开的危险材料罐还可以更紧凑且重量更轻，从而在改进安全性的同时降低了操纵这种罐的成本。此外，根据本公开的、在侧面未屏蔽但在端部被屏蔽的危险材料可以提供所描述的优点，同时还允许在地上(例如，在核反应堆或废核燃料池与存放场地之间)安全地操纵罐。例如，可以将储存废核燃料的危险材料罐滑入混凝土(或钢或铅)容器中，而无需关闭容器的顶部或底部。这意味着，例如当将罐放置在钻孔的上部分中时，在罐的端部处的连接器(例如，手柄、闩锁或其他)保持暴露，以易于连接或断开。
如所描述的，根据本公开的危险材料罐可储存在危险材料储存库中，从而可允许在与任何附近的动水分离的位于地下数千英尺处的储存库内对危险材料的多个水平的封堵。根据本公开的危险材料储存库还可以使用经证实的技术(例如，钻挖)以在地下区域中产生或形成危险材料的储存区域。作为另一示例，根据本公开的危险材料储存库可以为地层(比如页岩层、盐层和其他岩层)中的危险材料(例如，放射性废料)提供长期(例如，数千年)的储存，该地层具有适合于这种储存的地质特性，包括低可渗透率、厚度和延展性等。另外，相对于常规储存技术，可以以较低的成本储存更大量的危险材料，这部分是由于定向钻挖技术的缘故，其可有利于较长的水平井筒，通常长度超过一英里。另外，可紧邻可能发现或生成危险材料的地点发现具有适合于这种储存的地质特性的岩层，从而降低与运输这种危险材料相关的危险。
根据本公开的危险材料储存库的实施方式还可包括以下特征中的一个或多个。大的储存量进而允许待安放危险材料的储存，而无需进行复杂的事先处理，比如浓缩或转化成不同形式或转移到罐中。作为另一示例，对于例如来自反应堆的核废料材料，可以将废料未经改性地保持在其原始芯块中，或在其原始燃料棒中，或在包含通常是60个至270个之间的燃料棒的其原始燃料组成部分中。在另一方面中，危险材料可以被保持在原始保持件中，但是将粘结剂(水泥)或其他材料注入保持件中以充填危险材料与结构之间的间隙。例如，如果危险材料储存在燃料棒中，然后进一步将燃料棒储存在燃料组成部分中，则各棒之间的空间(在核反应堆内部时通常充填水)可以用粘结剂、膨润土或其他材料充填，以提供与外界隔离的附加隔离层。该材料可以是低氧，其可用氮气或惰性气体代替，以减少腐蚀。作为又一个示例，促进安全且低成本的危险材料的储存，同时仍然允许取回这种材料，如果情况认为收回所储存的材料是有利的。
在附图和以下描述中提出了本公开中所描述主题的一个或多个实施方式的细节。从说明书、附图和权利要求中，该主题的其他特征、方面和优势将变得明显。
附图说明
图1A是根据本公开的危险材料罐的示例性实施方式的示意图。
图1B是可以被封堵在图1A所示的危险材料罐中的废核燃料组件在从核反应堆移除时的图示。
图1C是作为图1B所示的废核燃料组件的一部分的废核燃料棒的图示。
图1D是根据本公开的危险材料罐的另一示例性实施方式的示意图。
图2A－2C是根据本公开的危险材料储存库系统的示例性实施方式在存放或取回操作期间的示意图。
图3A－3E是根据本公开的危险材料储存库系统的示例性实施方式在储存和监测操作期间的示意图。
图4是示出根据本公开的与储存危险材料相关联的示例性方法的流程图。
图5是根据本公开的用于监测危险材料储存库系统的控制器或控制系统的示意图。
具体实施方式
图1A是根据本公开的危险材料罐100的示例性实施方式的示意图。图1A示出了危险材料罐100的轴测图。在一些方面中，危险材料罐100可以在如图2A－2C中所示的危险材料储存库系统200中使用，或者在根据本公开的其他危险材料储存库系统中使用。危险材料罐100可用于储存化学危险材料、生物危险材料、核危险材料或其他。例如，在所示实施方式中，危险材料罐100以一个或多个废核燃料组件的形式储存废核燃料。
如所示的，危险材料罐100包括壳体102(例如，抗挤压壳体)，该壳体120具有顶部部分106和底部部分104，顶部部分106和底部部分104总地封围出储存危险材料的容积105。在该示例中，壳体102或罐的中间部分102被示为具有圆形截面，以适应废核燃料组件的通用形状(如图1B中所示)。然而，罐100的其他实施方式可具有其他截面形状，比如卵形、正方形或其他形状。
顶部部分106和底部部分104可以由屏蔽物制成，或包括屏蔽物，该屏蔽物的组成材料和厚度形成对任何危险材料(液体、气体或固体)传输通过其中(到罐100中或从罐100离开)的阻挡件。屏蔽物还将辐射强度降低到允许(例如，由人类操作员)安全操纵罐100的水平。在一些方面中，屏蔽物可以是铅、钨、钢、钛、镍或混凝土，或是这些材料的合金或组合，其厚度足以对诸如伽玛射线和X射线(统称为“伽马射线”)的辐射传输通过其中形成足够的阻挡。顶部部分106和底部部分104上的屏蔽物允许更容易地操纵罐，并且对它附近的人具有更高的安全性。对于铅屏蔽物，示例性厚度在2至4英寸之间，而对于混凝土屏蔽物在3至5英尺之间。
在危险材料罐100的示例性实施方式中，中间部分102可以由具有形成对任何危险材料(液体、气体或固体)传输通过其中(进入罐100或离开罐100)的阻挡件但不形成对伽马射线传输通过其中的阻挡件的组分和厚度的材料制成。此外，在一些方面中，未屏蔽的材料可以是钢，比如碳钢，其厚度足以形成对任何危险材料(流体或固体)传输通过其中的阻挡件，但是不形成对伽马射线传输通过其中的阻挡件。在特别的实施方式中，对液体、气体或固体泄漏的阻挡件可以由合金－22(镍合金)和铅层制成，该合金也用于中间部分102，该铅层仅放置在罐100的端部处，以防止伽马辐射沿罐100的长轴线的方向逸出。
危险废料、特别是核材料废料、比如是废核燃料可以采取几种形式，比如固体、液体和气体。例如，废核燃料中核废料的固体形式可以是或包括由例如烧结铀形成的核燃料芯块。核废料的气体形式可以例如是氚气(或含有其他放射性同位素的气体)，其可以是从固体核废料中排气，或是夹带在与固体核废料接触的液体中。核废料的液体形式可以例如是与固体或气体核废料接触并吸收一些固体或气体核废料材料的任何液体。
如图1A中所示的示例性危险材料罐100中所示，内容积105的尺寸(和形状)可以设定成接纳如图1B中所示的废核燃料组件150那样的一个或多个(例如，端对端地布置的)废核燃料组件。暂且转到图1B，其示出了单个核燃料组件150。核燃料组件150(也称为“废核燃料组件”150以表示它由于在运行中发生使用寿命结束而已从诸如压水反应堆核或其他类型的反应堆之类的反应堆移除)包括顶部部分152和底部部分160，在顶部部分152与底部部分160之间保持有多个(例如，60－300个)核燃料棒154。
如所示的，核燃料组件150还包括位于核燃料棒154之间的多个控制棒156；在核反应堆的反应堆容器中的核燃料组件150运行(例如，裂变)期间，控制棒156可以可调节地定位(在组件内竖直地)，以控制在反应堆中发生的核反应。这种控制棒156可以在从反应堆中移除组件150时从核燃料组件150中移除。因此，废核燃料组件150可不包括控制棒156。尤其是，同样，核燃料组件150不包括围绕位于组件150中的核燃料棒154的任何伽马射线或X射线屏蔽物。
暂且转到图1C，其示出了示例性核燃料棒154。核燃料棒154包括包围在包层166(例如锆合金包层)中的多个(例如300个或更多个)核燃料芯块164。每个核燃料芯块164都可以由例如烧结的二氧化铀形成。一个或多个弹簧162可以位于棒154的顶部部分处，以将燃料芯块164牢固地保持在包层166内。基部168设置在燃料棒154的底部处，以装配在核燃料组件150内。
示例性核燃料组件150(例如，从底部部分160的底部到顶部部分152的顶部)的高度可以例如在12至15英尺之间。此外，宽度和长度尺寸可以分别为例如约5.5至8.5英寸(例如，大致正方形截面的每条边在约5.5至8.5英寸之间)。因此，在一些方面中，罐100的高度可在12至15英尺之间(以储存单个废核燃料组件150)，且直径可在7至13英寸之间。
返回图1A，所示的危险材料罐100的顶部部分106(在一些方面中是底部部分104)可以包括连接部分。在一些方面中，连接部分可以便利危险材料罐100与井下工具(例如，图2A中所示的井下工具228)的联接，以允许危险材料罐100存放在钻孔中以及从钻孔的储存中取回危险材料罐100。此外，连接部分可以便利一个危险材料罐100与另一危险材料罐100的联接。在一些方面中，连接部分可以是螺纹连接。例如，罐100的一端上的连接部分可以是公螺纹连接部，而罐100的相反端上的连接部分可以是母螺纹连接部。在替代方面中，连接部分可以是互锁闩锁，使得旋转(例如360度或更小)可以将罐100与井下工具或其他危险材料罐100闩锁(或解锁)。在替代方面中，连接部分可以包括一个或多个磁体(例如，稀土磁体、电磁体、其组合或其他)，它们吸引地联接到例如井下工具或另一危险材料罐100。
在该示例中，在密封危险材料罐100之前，一个或多个废核燃料组件150定位在内容积105中。如上所述，每个废核燃料棒154包括限界在端部处的多个废核燃料芯块164。例如，废核燃料芯块164包含从核反应堆移除的废核燃料的大多数放射性同位素(包括氚)。核燃料棒154的包层提供了额外的封堵水平。
在一些方面中，可以指定危险材料罐100的尺寸，从而围封单个废核燃料组件150，该单个废核燃料组件150可以直接从核反应堆中取出并放置在内容积105中(例如，无需对废核燃料组件150进行任何改变或实质性改变)。在一些方面中，可以指定危险材料罐100的尺寸，从而围封两个或更多个废核燃料组件150，该两个或更多个废核燃料组件105可以直接从核反应堆中取出并竖直地(例如端对端)放置在内容积105中。
此外，通常可以将危险材料罐100的尺寸设计为装配在诸如钻孔204之类的钻孔中。罐100的示例性尺寸可以包括12至15英尺之间的长度L，并且在圆形罐100的情形中包括7至13英寸之间的直径。在替代方面中，罐100可具有正方形截面，其尺寸设定为保持废核燃料组件150。在一些示例中，可将危险材料罐100的尺寸(例如，长度和宽度/直径)设定为用于高效存入钻孔204以及从钻孔204取回。例如，可以基于倒圆部分208的半径尺寸来确定长度，以确保危险材料罐100可以移动通过倒圆部分208并进入大致水平部分210中。作为另一示例，该直径可以基于钻孔204中的一个或多个壳套、比如表面壳套220和生产壳套222的直径来确定。
图1D是根据本公开的危险材料罐170的另一示例性实施方式的示意图。图1D示出了危险材料罐170的轴测图。在一些方面中，危险材料罐170可以在危险材料储存库系统200中与罐100一起或代替罐100使用，或者在根据本公开的其他危险材料储存库系统中使用。危险材料罐170可用于储存化学危险材料、生物危险材料、核危险材料或其他。例如，在所示实施方式中，危险材料罐170以一个或多个废核燃料组件的形式储存废核燃料。
如所示的，危险材料罐170包括壳体172(例如，抗挤压壳体)，该壳体120具有顶部部分176和底部部分174，顶部部分176和底部部分174总地封围出储存危险材料的容积175。在该示例中，壳体172或罐的中间部分172被示为具有圆形截面，以适应废核燃料组件的通用形状(如图1B中所示)。然而，罐170的其他实施方式可具有其他截面形状，比如卵形、正方形或其他形状。
顶部部分176和底部部分174可以由屏蔽物制成，或包括屏蔽物，该屏蔽物的组成材料和厚度形成对任何危险材料(液体、气体或固体)传输通过其中(到罐170中或从罐170离开)的阻挡件。屏蔽物还将辐射强度降低到允许(例如，由人类操作员)安全操纵罐170的水平。在一些方面中，屏蔽物可以是铅、钨、钢、钛、镍或混凝土，或是这种材料的合金或组合，其厚度足以对诸如伽玛射线的辐射传输通过其中形成足够的阻挡。顶部部分176和底部部分174上的屏蔽物允许更容易地操纵罐，并且对它附近的人具有更高的安全性。对于铅屏蔽物，示例性厚度在2至4英寸之间，而对于混凝土屏蔽物厚度在3至5英尺之间。
在危险材料罐170的示例性实施方式中，中间部分172可以由具有形成对任何危险材料(液体、气体或固体)传输通过其中(进入罐170或离开罐170)的阻挡件但不形成对伽马射线传输通过其中的阻挡件的组分和厚度的材料制成。此外，在一些方面中，未屏蔽的材料可以是钢，比如碳钢，其厚度足以形成对任何危险材料(流体或固体)传输通过其中的阻挡件，但是不形成对伽马射线和X射线传输通过其中的阻挡件。
危险废料、特别是核材料废料、比如是废核燃料可以采取几种形式，比如固体、液体和气体。例如，废核燃料中核废料的固体形式可以是或包括由例如烧结铀形成的核燃料芯块。核废料的气体形式可以例如是氚气(或含有其他放射性同位素的气体)，其可以是从固体核废料中排气，或是夹带在与固体核废料接触的液体中。核废料的液体形式可以例如是与固体或气体核废料接触并吸收一些固体或气体核废料材料的任何液体。
如图1D中所示的示例性危险材料罐170中所示，内容积175的尺寸(和形状)可以设定成接纳如图1B中所示的废核燃料组件150那样的一个或多个(例如，端对端地布置的)废核燃料组件。燃料组件中的空间可以充填气体(比如氮气)、粉末(例如膨润土)、液体(比如液烃)、或固体(比如水泥粘结剂或环氧树脂)、或组合(比如油和膨润土或由玻璃纤维和环氧树脂组成的玻璃纤维物)。
所示的危险材料罐170的顶部部分176(在一些方面中是底部部分174)可以包括连接部分。在一些方面中，连接部分可以便利危险材料罐170与井下工具(例如，图2A中所示的井下工具228)的联接，以允许危险材料罐170存放在钻孔中以及从钻孔中的存储中取回危险材料罐170。此外，连接部分可以便利一个危险材料罐170与另一危险材料罐170的联接。在一些方面中，连接部分可以是螺纹连接。例如，罐170的一端上的连接部分可以是公螺纹连接部，而罐170的相反端上的连接部分可以是母螺纹连接部。在替代方面中，连接部分可以是互锁闩锁，使得旋转(例如360度或更小)可以将罐170与井下工具或其他危险材料罐170闩锁(或解锁)。在替代方面中，连接部分可以包括一个或多个磁体(例如，稀土磁体、电磁体、其组合或其他)，它们吸引地联接到例如井下工具或另一危险材料罐170。
在该示例中，在密封危险材料罐170之前，一个或多个废核燃料组件150定位在内容积175中。如上所述，每个废核燃料棒154包括限界在端部处的多个废核燃料芯块164。例如，废核燃料芯块164包含从核反应堆移除的废核燃料的大多数放射性同位素(包括氚)。核燃料棒154的包层提供了额外的封堵水平。
在一些方面中，可以指定危险材料罐170的尺寸，从而围封单个废核燃料组件150，该单个废核燃料组件150可以直接从核反应堆中取出并放置在内容积175中(例如，无需对废核燃料组件150进行任何改变或实质性改变)。在一些方面中，可以指定危险材料罐170的尺寸，从而围封两个或更多个废核燃料组件150，该两个或更多个废核燃料组件150可以直接从核反应堆中取出并竖直地(例如端对端)放置在内容积175中。
此外，通常可以将危险材料罐170的尺寸设计为装配在诸如钻孔204之类的钻孔中。罐170的示例性尺寸可以包括12至15英尺之间的长度L，并且在圆形罐170的情形中包括7至13英寸之间的直径。在替代方面中，罐170可具有正方形截面，其尺寸设定为保持废核燃料组件150。在一些示例中，可将危险材料罐170的尺寸(例如，长度和宽度/直径)设定为用于高效存入钻孔204以及从钻孔204取回。例如，可以基于倒圆部分208的半径尺寸来确定长度，以确保危险材料罐170可以移动通过倒圆部分208并进入大致水平部分210中。作为另一示例，该直径可以基于钻孔204中的一个或多个壳套、比如表面壳套220和生产壳套222的直径来确定。
如图1D中所示，危险材料罐170包括呈多个非导电构件179的形式的安装到罐170的外表面的非导电(“非传导”)材料。非传导材料(非传导构件179)不可导电。因此，在一些方面中，非传导材料可以防止在罐170与例如其中储存有罐170的钻孔中的壳套之间的直接导电(“传导性”)的电路径。因此，在壳套的材料(例如，碳钢)和中间部分175的材料(例如钛、镍铬合金，比如合金22)形成“电池”(具有在它们之间的钻孔中的导电液体、比如卤水)的程度上，非传导材料降低了连接壳套和罐170的电流的可能性。
在一些方面中，非传导构件179可以是形状为球形或部分球形并且附接到中间部分175的外表面的石英构件。根据本公开，还可对于非传导构件179设想其他形状(例如，棒形、立方体或部分立方体)。此外，可以使用其他非传导材料、比如玻璃、陶瓷、塑料、橡胶来代替石英。通常，石英提供了一种非传导材料，在数百年甚至数千年内，它也不会在钻孔内降解或分解。
如图1D中进一步所示，非传导护套181覆盖危险材料罐170的至少一部分以封围非传导构件179。在一些方面中，非传导护套181可以由柔性的非传导材料、比如玻璃纤维形成。非传导护套181可提供减小摩擦的表面，该表面有助于罐170更容易地移动通过一个或多个钻孔。在罐170通过一个或多个钻孔移动期间，非传导护套181还可为非传导构件179提供一些保护。在一些方面中，在将危险材料罐170长期储存在地下储存库中期间，非传导护套181最终可能会腐蚀或分解。
图2A－2C是根据本公开的危险材料储存库系统的示例性实施方式、例如用于危险材料的长期(例如数十、数百或数千年或更久)但可取回的安全且安全而稳定的储存的地下位置在存放或取回操作期间的示意图。例如，转到图2A，该图示出了在存放(或取回，如下所述)过程期间、例如在地层中部署一个或多个危险材料罐期间的示例性危险材料储存库系统200。如图所示，危险材料储存库系统200包括从地表202起穿过多个地下层212、214、216和218形成(例如，钻出或以其他方式形成)的钻孔204。尽管地表202被示为在陆地表面，但地表202也可以是海底或其他水下表面，比如湖底或洋底或水体下方的其他表面。因此，本公开设想钻孔204可以从水体之上或附近的钻井位置起形成在水体下方。
在危险材料储存库系统200的该示例中，所示的钻孔204是定向钻孔。例如，钻孔204包括大致竖直部分206，该大致竖直部分206与倒圆或弯曲部分208联接，该倒圆或弯曲部分208进而联接到大致水平部分210。如在本公开中所使用的，在涉及钻孔定向的上下文中，“大致”是指可能并非恰好竖直(例如，恰好垂直于地表202)、或恰好水平(例如，恰好平行于地表202)。此外，在一些方面中，大致水平部分210可以是倾斜钻孔或是定向在精确竖直与精确水平之间的其他定向钻孔。此外，在一些方面中，大致水平部分210可以是倾斜钻孔或是定向成跟随地层的倾斜的其他定向钻孔。如该示例中所示，钻孔204的三个部分－即竖直部分206、倒圆部分208和水平部分210形成了延伸到大地中的连续钻孔204。
所示的钻孔204具有表面壳套220，该表面壳套220定位并设置成围绕钻孔204从地表202起进入大地中一定深度。例如，表面壳套220可以是在浅层中围绕钻孔204设置(例如粘结)的相对较大直径的管状构件(或一串构件)。如本文中所使用的，“管状”可指具有圆形截面、椭圆形截面或其他形状截面的构件。例如，在危险材料储存库系统200的该实施方式中，表面壳套220从地表延伸穿过表层212。在该示例中，表层212是包括一个或多个分层岩层的地质层。在一些方面中，在该示例中，表层212可以包括或可以不包括淡水含水层、盐水或卤水源、或其他动水源(例如，移动穿过地质层的水)。在一些方面中，表面壳套212可以使钻孔204与这种动水隔离，并且还可以提供用于将其他壳套串安装在钻孔204中的悬挂位置。此外，尽管未示出，但是可以在表面壳套212上方(例如，在表面壳套212与地表202之间并且在表层212内)设置导引壳套，以防止钻井流体逸入表层212中。
如图所示，将生产壳套222定位并设置在表面壳套220井下的钻孔204内。尽管被称为“生产”壳套，但是在该示例中，壳套222可以经受或可以不经受烃的生产操作。因此，壳套222是指并且包括设置(例如，粘结)在表面壳套220井下的钻孔204中的任何形式的管状构件。在危险材料储存库系统200的一些示例中，生产壳套222可以在倒圆部分208的端部处开始并延伸穿过整个大致水平部分210。壳套222也可以延伸到倒圆部分208和竖直部分206中。
如图所示，粘结剂230在壳套220和222与钻孔204之间的环形空间中围绕壳套220和222定位(例如，泵送)。粘结剂230例如可以穿过地表202下方的地下层而固定壳套220和222(和钻孔204的任何其他壳套或内衬)。在一些方面中，可以沿着壳套(例如，壳套220和222和任何其他壳套)的整个长度装设(水泥)粘结剂230，或者如果对于特定的钻孔202足够，则可沿壳套的特定部分使用粘结剂230。粘结剂230还可以为罐100中的危险材料提供附加的封隔层。
钻孔204以及相关的壳套220和222可能以各种示例性尺寸并以各种示例性深度(例如，真正的竖直深度或TVD)形成。例如，引导壳套(未示出)可以向下延伸至约120英尺TVD，其直径在约28英寸至60英寸之间。表面壳套220可以向下延伸至约2500英尺TVD，其直径在约22英寸至48英寸之间。在表面壳套220与生产壳套222之间的中间壳套(未示出)可向下延伸至约8000英尺TVD，其直径在约16英寸至36英寸之间。生产壳套222可能以约11英寸至22英寸之间的直径大致水平地延伸(例如，以包围大致水平部分210)。前述尺寸仅作为示例提供，本公开设想了其他尺寸(例如，直径、TVD、长度)。例如，直径和TVD可能取决于多个地下层(212－218)中一个或多个的特定地质组成、特定的钻井技术以及封堵要存放在危险材料储存库系统200中的危险材料的危险材料罐100的尺寸、形状或设计。在一些替代示例中，生产壳套222(或钻孔204中的其他壳套)可以是圆形截面的、椭圆形截面的或一些其他形状。
如图所示，钻孔204的竖直部分206延伸穿过地下层212、214和216，并且在该示例中，落置在地下层219中。如上所述，表层212可以包括或可以不包括动水。在该示例中，在表层212下方的地下层214是动水层214。例如，动水层214可包括一个或多个动水源，比如淡水含水层、盐水或卤水、或其他动水源。在危险材料储存库系统200的该示例中，动水可以是基于横跨整个或部分地下层的压力差而移动穿过地下层的水。例如，动水层214可以是可渗透地质层，其中，水在层214内自由运动(例如，由于压力差或其他原因)。在一些方面中，动水层214可以是在特定的地理区域中人类可用水的主要来源。可构成动水层214的岩层的示例包括多孔砂岩和石灰岩以及其他地层。
诸如不可渗透层216和储存层219之类的其他示出的层可包括不动水。在一些方面中，不动水是不适合人类或动物或两者使用的水(例如，淡水、盐水、卤水)。在一些方面中，不动水可以是不能通过其穿过层216或219(或两者)的运动在10000年或更长的时间(比如长达1000000年)内到达动水层214、地表202或两者的水。
在危险材料储存库系统200的该示例性实施方式中，在动水层214下方的是不可渗透层216。在该示例中，不可渗透层216可能不允许动水穿过。因此，相对于动水层214，不可渗透层216可具有低渗透率，例如是纳达西等级的可渗透率。另外，在该示例中，不可渗透层216可以是相对非延展性(即脆性)的地质层。非延展性的一个量度是脆度，它是压缩应力与拉伸强度之比。在一些示例中，不可渗透层216的脆度可以在约20MPa至40MPa之间。
如该示例中所示，不可渗透层216比储存层219更浅(例如，更靠近地表202)。在该示例中，不可渗透层216可包括的岩层可包括例如具有如上所述的可渗透率和脆度特性的特定类型的砂岩、泥岩、石灰岩、黏土和板岩。在替代示例中，不可渗透层216可比储存层219更深(例如，距地表202更远)。在这些替代示例中，不可渗透层216可包括诸如花岗岩或玄武岩之类的火成岩。
在不可渗透层216的下方是储存层218。在该示例中，出于多种原因，可以选择储存层218作为储存危险材料的大致水平部分210的落置部。相对于不可渗透层216或其他层，储存层218可以是厚的，例如占总竖直厚度的约100到200英尺之间。储存层218的厚度可以允许更容易的落置和定向钻孔，从而允许大致水平部分210在构造(例如，钻孔)期间容易地安放在储存层218内。落置层可能由多于一个地质层组成；例如，它可能由砂岩层上方的页岩层构成。如果大致水平部分210穿过储存层218的大致水平中心形成，则大致水平部分210可以被约50至100英尺的、包括储存层218的地质层围绕。此外，例如由于层218的非常低的可渗透率(例如，在微达西或纳达西的等级)，储存层218也可几乎不具有动水或可不具有动水。另外，储存层218可具有足够的延展性，使得包括层218的岩层的脆度在约3MPa至10MPa之间。储存层218可包括的岩层的示例包括：页岩和硬石膏。此外，在一些方面中，如果储存层具有足够的地质特性以将可渗透层与动水层214隔离，则即使在诸如砂岩或石灰石之类的可渗透地层中，危险材料也可被储存在储存层下方。
在危险材料储存库系统200的一些示例性实施方式中，储存层218包括页岩。在一些示例中，页岩的特性可以适配于储存层218的上述特性。例如，页岩层可以适合于(例如，在危险材料罐100中)危险材料的长期封隔，以及适合于将它们与动水层214(例如，含水层)和地表202隔离。页岩层可以在地球上相对较深、通常为3000英尺或更深的地方发现，并且隔离放置在任何淡水含水层下方。
例如，页岩层可包括增强材料的长期(例如数千年)隔离的地质特性。例如，已经通过烃流体(例如，气体、液体、混合相流体)的长期(例如，数千万年)储存而没有这些流体逸出到周围层(例如，动水层214)中来说明了这种特性。实际上，已表明数百万年或更长时间以来，页岩拥有天然气，这使其具有长期储存危险材料的经证实的能力。示例性页岩层(例如，Marcellus(马塞勒斯页岩)、Eagle Ford(鹰滩页岩)、Barnett(巴奈特页岩)和其他页岩层)具有层理，该层理包含已在数百万年的时间里有效地防止了水、油和气运动的许多冗余密封层，缺乏动水，并且可以预期(例如，基于地质考虑)在存放危险材料后数千年内密封危险材料(例如，流体或固体)。
页岩层也可以处于合适的深度，例如在3000至12000英尺TVD之间。这样的深度通常在地下水含水层(例如，表层212和/或动水层214)的下方。此外，页岩中可溶性元素(包括盐)的存在以及含水层中这些相同元素的不存在表明了页岩与含水层之间的流体隔离。
页岩特别有利于自身进行危险材料储存的另一特质是其黏土含量，在一些方面中，其提供的延展性的量值大于在其他不可渗透的岩层(例如，不可渗透层216)中发现的延展性的量值。例如，页岩可以是分层的，由黏土(例如，按体积计约20－30％之间的黏土)和其他矿物的薄交替层组成。与不可渗透层(例如，花岗岩或其他)中的岩层相比，这种组合物可(例如，自然地或以其他方式)使页岩更不易碎并因此更不易破裂。例如，不可渗透层216中的岩层对于危险材料的长期储存可以具有合适的可渗透率，但是太脆而通常破裂。因此，这样的地层可能没有足够的密封特质(如通过其地质特性证明的)以供长期储存危险材料。
本公开设想在所示地下层212、214、216和218之间或之中可存在许多其他层。例如，可能有动水层214、不可渗透层216和储存层218中的一个或多个(例如，沿竖直方向)的重复样式。此外，在一些示例中，储存层218可以(例如，沿竖直方向)直接邻近动水层214，即没有介于中间的不可渗透层216。
图2A还示出了钻孔204的大致水平部分210中的危险材料的存放操作的示例。例如，如图所示，作业绳管224(例如，管道、盘管、线缆或其他)可以延伸到带套的钻孔204中，以放置一个或多个(示出为三个，但可能是更多或更少)危险材料罐100到部分210中的长期的、但是在一些方面中是可取回的储存部中。例如，在图2A中所示的实施方式中，作业绳管224可包括联接至罐100的井下工具228，并且随着每次进入钻孔204的行程，井下工具228可将特定的危险材料罐100存放在大致水平部分210中。
在一些方面中，井下工具228可以通过螺纹连接部而联接到罐100。在替代方面中，井下工具228可通过互锁闩锁联接至罐100，使得井下工具228的旋转可锁止于罐100(或从罐100解锁)在替代方面中，井下工具224可以包括一个或多个磁体(例如，稀土磁体、电磁体、其组合或其他)，它们吸引地联接到罐100。在一些示例中，罐100还可以包括与井下工具224上的磁体具有相反极性的一个或多个磁体(例如，稀土磁体、电磁体、其组合或其他)。在一些示例中，罐100可以由含铁材料或可吸引井下工具224的磁体的其他材料制成。
作为另一示例，每个罐100可以通过钻孔牵引件(例如，在线缆上或以其他方式)定位在钻孔204内，钻孔牵引件可以通过机动(例如，电动)运动将罐推或拉到大致水平部分210中。作为又一示例，每个罐100可包括辊或安装到辊(例如，轮或轴承)，使得井下工具224可将罐100推入带套的钻孔204中。
在一些示例性实施方式中，在存放操作之前，罐100、钻孔壳套220和222中的一个或多个或两者可以涂覆有减小摩擦的涂层。例如，通过将涂层(例如，石油基产品、树脂、陶瓷或其他)施加到罐100和/或钻孔壳套，可以使罐100更轻易地运动穿过带套的钻孔204而进入大致水平部分210中。在一些方面中，仅一部分钻孔壳套可以被涂覆。例如，在一些方面中，可以不涂覆大致竖直部分206，但是可以涂覆倒圆部分208或大致水平部分210或两者，以便于更容易地存放和取回罐100。
图2A还示出了钻孔204的大致水平部分210中的危险材料的取回操作的示例。取回操作可以与存放操作相反，使得井下工具224(例如，打捞工具)可以运行进入钻孔204中，联接到最后存放的罐100(例如，螺纹地、通过闩锁、通过磁体或其他方式)，并将罐100拉到地表202。井下工具224可以进行多次取回行程，从而从钻孔204的大致水平部分210取回多个罐。
每个罐100可以封围危险材料。在一些示例中，这种危险材料可以是生物或化学废料或其他生物或化学危险材料。在一些示例中，危险材料可以包括核材料，比如从核反应堆(例如，商用动力反应堆或试验反应堆)收回的废核燃料或军事核材料。例如，一个通常的千兆瓦核电站每年可能生产30吨废核燃料。该燃料的密度通常接近10(10mg/cm3＝10kg/升)，因此一年的核废料量为约3m3。呈核燃料芯块形式的废核燃料可从反应堆中取出而无需改性。核燃料芯块是固体，除短(半衰)期的氚(13年半衰期)外，几乎不排放气体。
在一些方面中，储存层218应该能够在层218内封堵任何放射性输出(例如，气体)，即使这种输出从罐100逸出。例如，可以基于以下条件选择储存层218：放射性输出穿过层218的扩散时间。例如，逸出储存层218的放射性输出的最小扩散时间可以设置为例如核燃料芯块的任何特定成分的半衰期的五十倍。作为最小扩散时间的五十个半衰期将使放射性输出量减少1×10-15倍。作为另一示例，将最小扩散时间设定为三十个半衰期将使放射性输出量减少十亿倍。
例如，钚－239由于其24100年的长半衰期而通常被认为是废核燃料中的危险废品。对于这种同位素，50个半衰期会是120万年。钚－239在水中的溶解度低，不挥发，并且，作为固体，其无法穿过包括所示储存层218(例如，页岩或其他地层)的岩层的基质扩散。例如包括页岩的储存层218可以提供具有这样的隔离时间(例如，数百万年)的能力，如包含(封堵)气态烃(例如，甲烷和其他)数百万年的地质历史所表明的那样。相反，在常规的核材料储存方法中，危险在于，一旦封隔(物)逸出，一些钚可能会溶解在包括动地下水的层面中。
转到图2B，在替代的实施方式中，可以使流体232(例如，液体或气体)循环穿过钻孔204，之后将罐100插入大致水平钻孔部分210中。在一些方面中，流体232的选择可以至少部分取决于流体232的黏度。例如，可以选择具有足够黏度的流体232以阻止罐100掉落到大致竖直部分206中。该阻力或阻抗可以提供抵抗罐100突然掉落的安全系数。流体232也可以提供润滑，以减少罐100与壳套220和222之间的滑动摩擦。罐100可以在充填有黏度、密度和润滑质量受控的液体的壳套内传送。此外，壳套220和222的内径与所传送的罐100的外径之间的充填有流体的环形空间代表通路，该通路被设计为抑制任何高速率的罐运动，从而在被输送的罐100不太可能脱开的情况下提供自动的被动保护。
在一些方面中，罐100可包括柔性或可充胀的延伸部(例如，安装到壳体102)，在一些方面中，其可在钻孔204中移动期间阻碍流体232(例如，空气或钻井流体)流过罐100。例如，比如如果闩锁或传送装置破裂，则柔性或可充胀的延伸部还可减缓罐100的自由下落。
在一些方面中，可以采用其他技术来促进将罐100存放到大致水平部分210中。例如，一个或多个安装的壳套(例如，壳套220和222)可以具有导轨以引导储存罐100进入钻孔202中，同时减小了壳套与罐100之间的摩擦。储存罐100和壳套(或导轨)可以由易于抵靠彼此滑动的材料制成。当承受储存罐100的重量时，壳套的表面可被轻易润滑，或者其可以是自润滑的表面。
转向图2C中，其示出了另一替代的存放操作。在该示例性存放操作中，可以使流体232(例如，液体或气体)循环穿过管状流体控制壳套234，以流体地将罐100推入大致水平钻孔部分210中。流体232可以循环穿过流体控制壳套234中的大致水平部分210的端部并在流体控制壳套234与壳套222和220之间的环形空间中再循环回到地表202。在一些示例中，可以将各个罐100分别流体地推入。流体控制壳体234与壳套220和222之间的环形空间可以充填有流体或压缩气体，以使流体232的流动反向，例如，从而将罐100朝向地表202推回。在替代方面中，两个或更多个罐100可以同时被流体地推动穿过钻孔204，以存放到大致水平部分210中。流体控制壳套234可以与生产壳套222相似或相同。对于该情形，分离管状构件可封围在钻孔202中或生产壳套222内，从而为流体232提供返回路径。
在一些方面中，钻孔204可为了长期储存危险材料的主要目的而形成。在替代方面中，钻孔204可能已经在之前为了烃生产(例如，油、气)的主要目的而形成。例如，储存层218可以是含烃地层，从该含烃地层将烃生产到钻孔204中和到地表202。在一些方面中，储存层218可能在烃生产之前已经被液力压裂。进一步地，在一些方面中，在液力压裂之前，已经对生产壳套222进行了穿孔。在这些方面中，在危险材料的存放操作之前，可以对生产壳套222进行修补(例如，粘结)以修理由穿孔过程制成的任何孔。另外，此时也可以充填壳套与钻孔之间的粘结剂中的任何裂缝或开口。
例如，在废核燃料作为危险材料的情形中，可以在特定位置处(例如在核电站附近)形成钻孔作为新钻孔，只要该位置也包括适当的储存层218、比如页岩层即可。替代地，可以选择已经产生页岩气的现有井或被废弃为“干”井的现有井(例如，有机物含量足够低，以至于该处的气体含量对于商业开发而言太低了)作为钻孔204。在一些方面中，穿过钻孔204对储存层218的先前液力压裂对钻孔204的危险材料储存能力可以几乎没有影响。但是，这种在先的活动也可以确认储存层218储存气体和其他流体数百万年的能力。因此，如果危险材料或危险材料的输出(例如，放射性气体或其他)要从罐100逸出并进入储存层218的压裂层中，则这些压裂部可能会允许该材料相对快速地散布在与压裂部的尺寸相当的距离上。在一些方面中，可能已经钻了钻孔202用以生产烃，但是这种烃的生产失败了，例如是因为储存层218包括太易延展而难以压裂用以生产的岩层(例如，页岩或其他)，但其延展性有利于长期储存危险材料。
包括图2A－2C的本公开描述了一种危险材料储存库系统，其包括在地下区域中形成的一个或多个钻孔，以提供危险材料(例如生物、化学、核或其他材料)在一个或多个地下储存容积储存罐中的长期(例如，数十年、数百年甚至数千年)储存。地下区域包括具有不同地质层和特性的多个地下层。基于该层的一个或多个地质特性，比如低可渗透性、足够的厚度、低脆性和其他特性，可以将储存罐存放在特定的地下层中。在一些方面中，特定的地下层包括页岩层，其在储存罐与包括动水的另一地下层之间形成隔离密封。
总体上参考图2A－2C，示例性危险材料储存库系统200(包括危险材料罐100)可以提供多层封堵，以确保危险材料(例如，生物、化学、核材料)被密封地储存在适当的地下层中。在一些示例实施方式中，可存在至少十二层封堵。在替代的实施方式中，可以采用更少或更多数量的封堵水平(封堵层)。
第一，使用废核燃料作为示例性危险材料，将燃料芯块从反应堆中取出而不进行改性。它们可能是由烧结的二氧化铀(一种陶瓷)制成的，并且可能保持固体并且除了短(半衰)期的氚之外几乎不会排放气体。除非芯块暴露于极强的腐蚀性条件或破坏多层封堵的其他影响，否则大多数放射性同位素(包括氚)都将封堵在芯块中。
第二，就像在反应堆中一样，燃料芯块被燃料棒的锆合金管包围。如所描述的，这些管可以安装在原始燃料组件中，或者从那些组件中移除以进行更紧密的包装。此外，危险材料罐易于操纵，而对(可能)易碎的锆合金管的损坏风险很小。
第三，将管放置在危险材料罐的密封壳体中。壳体可以是统一的结构或多面板结构，其中，多个面板(例如，侧面、顶部、底部)被机械地紧固(例如，(通过)螺钉、铆钉、焊接和其他)。
第四，材料(例如，固体或流体或粉末)可以充填危险材料罐，以在该材料与罐的外部之间提供进一步的缓冲。
第五，将危险材料罐(如上所述)定位在衬有钢或其他密封壳套的钻孔中，在一些示例中，该钢或其他密封壳套在整个钻孔中延伸(例如，大致竖直部分、倒圆部分和大致水平部分)。壳套被粘结在位，从而为待移动通过的危险材料罐提供了一个相对光滑的表面(例如，与钻孔壁相比)，从而减少了在存放或取回过程中泄漏或破裂的可能性。在一些方面中，可以选择制作罐100的中间部分105的材料(非屏蔽材料)，以减少在安放危险废料时以及在后续储存时期期间腐蚀的可能性。例如，此后续时期可能是300年，也可能是10000年(以及更长和更短的时期)。
第六，一旦危险材料从罐中逸出，则将壳套保持在位或有助于将壳套保持在位的粘结剂还可以提供密封层以封堵危险材料。
第七，危险材料罐被储存在钻孔的一部分(例如，大致水平部分)中，该部分位于包括储存层的岩层的厚(宽)(例如，100－200英尺)的缝内。可以至少部分地根据岩层的地质特性(例如，仅低速动水、低可渗透率、厚、适当的延展率或韧度)来选择储存层。例如，在页岩作为储存层的岩层的情形中，这种类型的岩石可以提供一定程度的封堵，这是因为已知页岩已经成为烃气体的密封件达数百万年了。页岩可能含有卤水，但是该卤水明显是不动的，并且不与地表淡水连通。
第八，在一些方面中，储存层的岩层可以具有其他独特的地质特性，这些地质特性提供了另一水平的封堵。例如，页岩通常含有反应性成分，比如硫化铁，该反应性成分降低了危险材料(例如，废核燃料及其放射性输出)能够迁移穿过储存层的可能性，而不会以进一步降低此类输出的扩散速率的方式发生反应。此外，储存层可以包括通常具有极低扩散率的成分，比如黏土和有机物质。例如，页岩可能是分层的，且包括黏土和其他矿物的薄交替层。诸如页岩之类的储存层中的岩层的这种分层可以提供该额外的封堵层。
第九，储存层可以位于比不可渗透层更深的下方，该不可渗透层将储存层(例如，沿竖直方向)与动水层分开。
第十，可以基于地下层内的这种层的深度(例如，3000到12000英尺)来选择储存层。这样的深度通常比任何包含动水的层在下方更远(深得多)，因此，储存层的绝对深度提供了额外的封堵层。
第十一，本公开的危险材料储存库系统的示例性实施方式有利于监测所储存的危险材料。例如，如果所监测到的数据表明危险材料泄漏或发生其他情况(例如，温度、放射性或其他的变化)，甚至是罐被破坏或侵入，则可以取回危险材料罐以进行修理或检查。
第十二，一个或多个危险材料罐可以被取回，以根据需要(例如，在有或没有监测的情况下)进行定期检查、调节或修理。因此，可以解决罐的任何问题，而不会使危险材料从不减弱的罐中泄漏或逸出。
第十三，即使危险材料从罐中逸出并且在泄漏的危险材料与地表之间没有任何不可渗透的层，泄漏的危险材料也可被封堵在钻孔内、在没有通达地表或含水层(例如动水层)或其他会对人类构成危险的区域的向上路径的位置。例如，可能是J型截面钻孔、倾斜钻孔的尽头或竖直起伏钻孔的峰部的位置处可能没有直接向上(例如，朝向地表)通达钻孔的竖直部分的路径。
图3A－3E是根据本公开的危险材料储存库系统的示例性实施方式在储存和监测操作期间的示意图。例如，图3A示出了长期储存操作中的危险材料储存库系统200。一个或多个危险材料罐100定位在钻孔204的大致水平部分210中。密封件234放置在钻孔204中，在处于大致水平部分210中的罐100的位置与大致竖直部分206在地表202(例如，井口)处的开口之间。在该示例中，密封件234放置在大致竖直部分208的仰孔端处。替代地，密封件234可以定位在另一位置处，在大致竖直部分206内、在倒圆部分208中、或者甚至在大致水平部分210内，罐100的上向。在一些方面中，密封件234可以比在钻孔204内的任何动水源(比如动水层214)至少更深地放置。在一些方面中，密封件234可以基本上沿着大致竖直部分206的整个长度形成。
如图所示，密封件234将储存罐100的大致水平部分210的容积与在地表202处的大致竖直部分206的开口流体隔离。因此，确实逸出罐100的任何危险材料(例如，放射性材料)可以是密封的(例如，使得液体、气体或固体危险材料不会逸出钻孔204)。在一些方面中，密封件234可以是水泥塞或其他塞，其位于或形成于钻孔204中。作为另一示例，密封件234可由定位在钻孔204中的可充胀或以其他方式可膨胀的一个或多个封隔器形成。
在取回操作之前(例如，如参照图2A－2B论述的)，可以移除密封件234。例如，在水泥或其他永久设置的密封件234的情形中，密封件234可被钻通或以其他方式铣削掉。在半永久性密封件或可移除的密封件(比如封隔器)的情形中，可以通过已知的常规工艺将密封件234从钻孔204移除。
图3B示出了在罐100的长期储存期间的示例性监测操作。例如，在一些方面中，可能有利的或需要的是，在危险材料在罐100中的长期储存期间监测一个或多个变量。在图2B的该示例中，监测系统包括一个或多个传感器238，其放置在钻孔204中(例如，在大致水平部分210内)并且通过线缆236(例如，电的、光学的、液压的或其他方式)可通信地联接到监测控制系统246。尽管示出为在钻孔202内(例如，在壳套的内部)，但是传感器238可放置在壳套的外部，或者甚至在将传感器内置在壳套中之后将壳套安装在钻孔202中。传感器238也可以放置在壳套(例如，壳套220和/或222)的外部，或在流体控制壳套234的外部。
如图所示，传感器238可以监测一个或多个变量，比如辐射水平、温度、压力、氧气的存在、水蒸气的存在、液态水的存在、酸度(pH)、地震活动或其组合。与这些变量有关的数据值可以沿着线缆236传输到监测控制系统246。监测控制系统246进而可以记录数据，确定数据中的趋势(例如，温度升高，放射性水平升高)，将数据发送到其他监测位置，比如国家安全或环境中心的位置，并且可以进一步基于这些数据或趋势自动推荐动作(例如，取回罐100)。例如，钻孔204中的温度或放射性水平的升高到特定阈值水平以上可以触发取回推荐，以例如确保罐100不泄漏放射性材料。在一些方面中，传感器238与罐100可能存在一对一的比例。在替代方面中，每个罐100可以有多个传感器238，或者可以更少。
图3C示出了在罐100的长期储存期间的另一示例性监测操作。在该示例中，传感器238定位在与大致竖直部分206分开形成的辅助水平钻孔240内。辅助水平钻孔240可以是外露(无壳套)的钻孔，线缆236可通过它而在监测控制系统246与传感器238之间延伸。在该示例中，辅助水平钻孔240形成在大致水平部分210上方但在储存层218内。因此，传感器238可记录储存层218的数据(例如，辐射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代方面中，辅助水平钻孔240可以形成在储存层218下方，不可渗透层216中的储存层上方，或其他层中。此外，尽管图3C示出了由与大致水平部分210相同的大致竖直部分206形成的辅助水平钻孔240，但是辅助水平钻孔240也可以由单独的竖直钻孔和倒圆钻孔形成。
图3D示出了在罐100的长期储存期间的另一示例性监测操作。在该示例中，传感器238定位在与钻孔204分开形成的辅助竖直钻孔242内。辅助竖直钻孔242可以是包入(带壳套)的或外露(无壳套)的钻孔，线缆236可通过它在监测控制系统246与传感器238之间延伸。在该示例中，辅助竖直钻孔242向下延伸到大致水平部分210上方但在储存层218内。因此，传感器238可记录储存层218的数据(例如，辐射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代方面中，辅助竖直钻孔240可以向下延伸到储存层218下方，不可渗透层216中的储存层上方，或其他层中。此外，尽管示出为在邻近储存层218的水平处放置在辅助垂直钻孔242中，但是传感器238也可以放置在辅助垂直钻孔242内的任何地方。替代地，在一些方面中，可以在钻孔202之前构建辅助竖直钻孔242，从而允许在钻孔202的构建期间通过安装的传感器238进行监测。此外，监测井孔242可以密封，以防止泄漏到井孔242中的材料有通向地表202的路径的可能性。
图3E示出了在罐100的长期储存期间的另一示例性监测操作。在该示例中，传感器238定位在与钻孔204分开形成的辅助定向钻孔244内。辅助定向钻孔244可以是外露的钻孔，线缆236可通过它在监测控制系统246与传感器238之间延伸。在该示例中，辅助定向钻孔244相邻于大致水平部分210落置在储存层218内。因此，传感器238可记录储存层218的数据(例如，辐射水平、温度、酸度、地震活动)。在替代方面中，辅助定向钻孔244可以落置在储存层218下方，不可渗透层216中的储存层上方，或其他层中。此外，尽管示出为在邻近储存层218的水平处放置在辅助定向钻孔244中，但是传感器238也可以放置在辅助定向钻孔244内的任何地方。在一些方面中，辅助定向钻孔244可用于取回罐100，例如，在无法接近钻孔204的情形中。
图4是示出与储存危险材料(比如包含在废核燃料组件中的废核燃料)相关联的示例性方法400的流程图。方法400可以在步骤402处开始，步骤402包括：从核反应堆模块移除至少一个废核燃料组件。例如，核燃料组件150可以在反应堆运行期间成为核反应堆的一部分，以使用组件150中的可裂变核材料最终生成电能。一旦核燃料组件150达到其寿命结束、即核燃料被用完，就可以将废核燃料组件150从核反应堆移除。
方法400可以在步骤404处继续，步骤404包括：将废核燃料组件放入至少部分地未屏蔽的废核燃料罐(例如，在顶端部和底端部上但不在中间部分上具有对伽马射线传输的屏蔽物的罐，比如罐100)的内容积中。例如，废核燃料组件150可以直接从反应堆170中取出，而无需进行任何修改或不进行实质修改，就可以放入危险材料罐100中。危险材料罐100的至少一部分、比如中间部分或壳体102由对伽马射线传输没有屏蔽但可以提供对核废料固体、液体和气体的传输的阻挡的材料制成。
在一些方面中，由于例如罐100的内容积的指定尺寸和形状，故而将单个废核燃料组件150放置在危险材料罐100中。在替代方面中，两个或更多个核燃料组件150可以例如竖直地且端对端地定位在罐100内。因此，危险材料罐100的高度尺寸可以设定为仅封围单个废核燃料组件150或多个废核燃料组件150(例如，高度是组件150的高度尺寸的倍数)。然而，罐100可具有截面尺寸区域，其尺寸设定成仅封围单个废核燃料组件150。
在一些方面中，废核燃料组件150可在步骤402与404之间储存在一个或多个其他储存位置中。例如，废核燃料组件150可从核反应堆移到冷却池(例如，废燃料池)。然后，可以将废核燃料组件150从废燃料池移到干式屏蔽桶罐中以进一步存储。然而，废燃料池和干式屏蔽桶罐都并非设计用于长期储存废核燃料组件150(例如，长于40－50年)。
接着，可以将废核燃料组件150从干式屏蔽桶罐中移到危险材料罐100，从而例如长期储存在危险材料储存库200中。优选地(例如，出于安全和成本考虑)，在步骤402与404之间不修改废核燃料组件150。换句话说，废核燃料组件150以特定配置从核反应堆移除(如图1B中所示)，并且移到废燃料池，接着是干式屏蔽桶，然后是以相同(或基本相同)的配置到罐100中。
在一些方面中，由于例如危险材料罐100的设计，可以省去一个或多个中间储存步骤(例如，如本申请中所述的，在核反应堆与在危险材料储存库中的长期储存之间)。例如，在一些方面中，一旦将组件150储存在废核燃料池中的时间段完成后，就可以将废核燃料组件150放入危险材料罐100中。在一些情况下，废核燃料组件150可以放置在池内的危险材料罐100中。接下来，罐100(封围废核燃料组件150)可以被运输(例如，在运输屏蔽桶内)到井场(危险材料储存库系统200)。在运输期间，罐100的顶部部分和底部部分的屏蔽材料可以保护或有助于保护那些操纵罐的人免受危险材料以及放射性伽马射线和X射线的伤害。围绕罐100的未屏蔽的中间部分的运输屏蔽桶可提供伽马射线和X射线屏蔽。此外，由于罐100的顶部部分的屏蔽材料，运输屏蔽桶可具有敞开的顶部，以易于在其中插入和移除罐100。
方法400可以在步骤406处继续，步骤406包括：将废核燃料组件封围在废核燃料罐的内容积中。例如，危险材料罐100的顶部部分106可附接(例如，焊接或以其他方式)到中间部分102，以将废核燃料组件150物理地密封在罐100的容积105中。
方法400可以在步骤408处继续，步骤408包括：将废核燃料罐移动到地下危险材料储存库中。例如，可以参考图2A—2C描述的那样执行步骤408。步骤408还可包括例如将罐100(或多个罐100)从核反应堆位置运输到例如作为危险材料储存库系统200的一部分的井场。
图5是用于危险废料监测系统的示例性控制器500(或控制系统)的示意图。例如，控制器500可以用于先前描述的操作，例如作为监测控制系统246或作为监测控制系统246的一部分。例如，控制器500可以与本文中描述的危险材料储存库系统可通信地联接或作为其一部分。
控制器500旨在包括各种形式的数字计算机，比如印刷电路板(PCB)、处理器、数字电路或作为车辆一部分的其他形式。另外，该系统可包括便携式存储介质，比如通用串行总线(USB)闪存驱动器。例如，USB闪存驱动器可以存储操作系统和其他应用。USB闪存驱动器可以包括输入/输出部件，比如是可以插入另一计算设备的USB端口中的无线发射器或USB连接器。
控制器500包括处理器510、储存器520、存储设备530和输入/输出设备540。部件510、520、530和540中的每一个可以通过使用系统总线550互连。处理器510能够处理用于在系统500内执行的指令。可以使用多种架构中的任何一种来设计处理器。例如，处理器510可以是CISC(复杂指令集计算机)处理器、RISC(精简指令集计算机)处理器或MISC(最小指令集计算机)处理器。
在一个实施方式中，处理器510是单线程处理器。在另一实施方式中，处理器510是多线程处理器。处理器510能够处理存储在储存器520中或存储在存储设备530中的指令，以在输入/输出设备540上显示用于用户界面的图形信息。
储存器520在控制器500内存储信息。在一个实施方式中，储存器520是计算机可读介质。在一个实施方式中，储存器520是易失性储存单元。在另一实施方式中，储存器520是非易失性储存单元。
存储设备530能够为控制器500提供大容量储存。在一个实施方式中，存储设备530是计算机可读介质。在各种不同的实施方式中，存储设备530可以是软盘设备、硬盘设备、光盘设备、磁带设备、闪存储存器、固态设备(SSD)或其组合。
输入/输出设备540为控制器500提供输入/输出操作。在一个实施方式中，输入/输出设备540包括键盘和/或点选设备。在另一实施方式中，输入/输出设备540包括用于显示图形用户界面的显示单元。
所描述的特征可以以数字电子电路或以计算机硬件、固件、软件或它们的组合来实现。该装置可以以有形地实例化在信息载体中的计算机程序产品来实施，例如实施为在由可编程处理器执行的机器可读的存储设备中；方法步骤可以由可编程处理器执行，其执行指令程序，以通过对输入数据进行操作并生成输出来执行所描述的实施方式的功能。所描述的特征可有利地以一个或多个计算机程序实施，这些计算机程序可在可编程系统上执行，该可编程系统包括至少一个可编程处理器，该可编程处理器联接成从数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令并将数据和指令传输至数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备。计算机程序是可以在计算机中直接或间接使用的成组指令，以执行特定的活动或带来特定的结果。计算机程序可以用任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，它可以以任何形式进行部署，这些形式包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其他单元。
例如，用于执行指令程序的合适的处理器包括通用和专用微处理器，以及任何类型的计算机的唯一处理器或多个处理器中的一个。通常，处理器将从只读储存器或随机存取储存器或两者接收指令和数据。计算机的关键元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个储存器。通常，计算机还将包括一个或多个用于存储数据文件的大容量存储设备，或与之可操作地联接以与之通信；此类设备包括磁盘，比如内部硬盘和可移除盘；磁光盘；以及光盘。适用于有形地实例化计算机程序指令和数据的存储设备包括所有形式的非易失性储存器，包括例如半导体存储设备，比如EPROM、EEPROM、固态驱动器(SSD)和闪存设备；磁盘，比如内部硬盘或可移除磁盘；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和储存器可以由ASIC(专用集成电路)补充或并入ASIC(专用集成电路)中。
为了提供与使用者的互动，各个特征可在计算机上实施，这种计算机具有用于向使用者显示信息的显示设备，比如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示)或LED(发光二极管)显示器，以及键盘和点选设备，比如鼠标或轨迹球，使用者可由键盘和点选设备向计算机提供输入。另外，可以通过触摸屏平板显示器和其他合适的机制来实现这样的活动。
可以在包括后端部件(比如数据服务器)或包括中间件部件(比如应用服务器或因特网服务器)或包括前端部件(比如具有图形用户界面或因特网浏览器的客户端计算机)或其任何组合的控制系统中实施这些特征。系统的部件可通过任何数字数据通信形式或介质(比如，通信网络)来连接。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、对等网络(具有专用或静态成员)、网格计算设施和因特网。
尽管本文包含许多具体的实施细节，但这些实施细节不应被解释为对可以要求保护的范围的限制，而应被解释为针对特定实施方式的特征的描述。本文中在不同实施方式的背景下描述的某些特征也能够在单个实施方式中组合实施。相反地，在单个实施方式的背景下描述的各种特征也能够在多个实施方式中分别实施或以任何合适的子组合来实施。此外，尽管各特征可在上文被描述为以某些组合起作用并且甚至原始要求这样保护，但是所要求保护的组合的一个或多个特征可在某些情况下从组合中去除，并且所要求保护的组合可针对子组合或子组合的变型。
类似地，尽管在附图中以特定的次序描述操作，但这不应被理解为需要这些操作以所示的特定次序或以依次的顺序被执行或所有所示操作都要被执行以获得期望的结果。在特定情况中，多任务和并行加工可能是有利的。此外，在如上所述的实施方式中，各种系统部件的分离不应当被理解为在所有实施方式中都需要这样的分离，而是应当理解，所描述的程序部件和系统通常能够一起总地集成在单个软件产品中，或封装到多个软件产品中。
已描述了多个实施方式。然而，应理解，可做出各种修改而不偏离本公开的精神和范围。例如，本文中描述的示例性操作、方法或过程可以包括比所描述的那些更多或更少的步骤。此外，可能以与附图中描述或示出的顺序不同的顺序来执行这种示例性操作、方法或过程中的步骤。由此，其他实施方式在以下权利要求书的范围内。

Claims (31)

1.一种在地下库中储存废核燃料的罐，所述罐包括：
第一端部分；
第二端部分；以及
中间部分，所述中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料，所述中间部分能附接到所述第一端部分和所述第二端部分，以限定壳体的内容积，所述壳体的内容积的尺寸设定成封围至少一个废核燃料组件，
其中，所述第一端部分和所述第二端部分包括屏蔽物，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件。
2.根据权利要求1所述的罐，其特征在于，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
3.根据权利要求2所述的罐，其特征在于，所述放射性气体包括氚气。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述中间部分包括圆形截面。
5.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述第二端部分包括所述罐的底部构件。
6.根据权利要求5所述的罐，其特征在于，所述底部构件机械地附接到所述中间部分。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
9.根据权利要求8所述的罐，其特征在于，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
10.根据权利要求1－7中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间直径的截面直径。
11.根据权利要求10所述的罐，其特征在于，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，所述材料包括不锈钢、碳钢、钛或镍铬合金中的至少一种。
13.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
14.根据前述权利要求中任一权利要求所述的罐，其特征在于，还包括附接到所述中间部分的非导电材料。
15.根据权利要求14所述的罐，其特征在于，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
16.根据权利要求14所述的罐，其特征在于，还包括非传导覆盖物，所述非传导覆盖物封围所述非传导材料的至少一部分。
17.一种用于封堵废核燃料材料的方法，包括：
将从核反应堆模块中移除的至少一个废核燃料组件放入废核燃料罐的内容积中，所述废核燃料罐包括基座部分和附接到所述基座部分的中间部分，所述基座部分和所述中间部分限定了所述内容积的至少一部分，所述中间部分包括配置成允许伽马射线传输通过其中的材料；以及
将所述废核燃料罐的顶部部分附接到所述中间部分，以将所述至少一个废核燃料组件封围在所述内容积中，所述顶部部分和所述基座部分包括屏蔽物，所述屏蔽物包括对伽马射线传输通过其中的阻挡件，
其中，所述废核燃料罐配置成将至少一个核燃料组件储存在地下储存库中。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述材料包括对放射性液体、放射性固体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述放射性气体包括氚气。
20.根据前述权利要求17－19中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述中间部分包括圆形截面。
21.根据前述权利要求17－20中任一权利要求所述的方法，其特征在于，底部构件机械地附接到所述中间部分。
22.根据前述权利要求17－21中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述屏蔽物包括对放射性液体和放射性气体传输通过其中的阻挡件。
23.根据前述权利要求17－22中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述内容积包括在约12英尺至约15英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述内容积的尺寸设定成封围单个废核燃料组件。
25.根据前述权利要求17－22中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述内容积包括在约24英尺至约30英尺之间的高度尺寸以及在7英寸至13英寸之间的截面直径。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述内容积的尺寸设定成封围线性地布置在所述内容积中的两个或更多个废核燃料组件。
27.根据前述权利要求17－26中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述材料包括不锈钢、碳钢、钛或镍铬合金中的至少一种。
28.根据前述权利要求17－27中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述废核燃料罐还包括安装到所述中间部分的一个或多个辊或轴承。
29.根据前述权利要求17－28中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述废核燃料罐还包括附接到所述中间部分的非传导材料。
30.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述非传导材料包括附接到所述中间部分的外表面的多个石英构件。
31.根据权利要求29所述的方法，其特征在于，所述废核燃料罐还包括非传导覆盖物，所述非传导覆盖物封围所述非传导材料的至少一部分。
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