RU2068209C1 - Method of and device for eliminating toxic materials - Google Patents

Method of and device for eliminating toxic materials Download PDF

Info

Publication number
RU2068209C1
RU2068209C1 SU5057160A RU2068209C1 RU 2068209 C1 RU2068209 C1 RU 2068209C1 SU 5057160 A SU5057160 A SU 5057160A RU 2068209 C1 RU2068209 C1 RU 2068209C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavity
nuclear
toxic
reagents
explosion
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.П. Васильев
В.З. Нечай
В.А. Симоненко
О.Н. Шубин
И.Б. Евстафьев
В.И. Холстов
Original Assignee
Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики filed Critical Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики
Priority to SU5057160 priority Critical patent/RU2068209C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2068209C1 publication Critical patent/RU2068209C1/en

Links

Abstract

FIELD: elimination of toxic materials by means of nuclear expositions. SUBSTANCE: cavity preorganized in rock salt mass is filled with toxic chemical materials and reagents that disintegrate chemical materials and turn them into solutions or solid harmless materials under the action of high temperatures built up by nuclear explosion; to this end, nuclear device is placed in cavity, holes providing communication between cavity and earth surface are sealed; mass of toxic chemical materials Mtchm and strength of rock salt bed Hbed are found from equation Mtchm≅α(Vo),β,Eo,Mrg=γ•Mtchm,Hbed≥60•F 1/3 o , where α(Vo) is factor depending on cavity volume Vo; β is factor depending on proportion and type of structural materials and type of toxic chemical materials, t/kt; g is factor depending on type of toxic chemical materials; Eo is nuclear explosion power, kt of trotyl equivalent. EFFECT: facilitated procedure. 6 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области использования ядерных взрывов в мирных целях, в частности к уничтожению токсичных веществ с помощью ядерных взрывов. The present invention relates to the use of nuclear explosions for peaceful purposes, in particular to the destruction of toxic substances by nuclear explosions.

Известны способы уничтожения токсичных веществ путем химической, термической, электрохимической и плазменной переработки [1]
Все эти способы успешно используются при малых количествах токсичных веществ. Но при переходе на крупномасштабные операции по уничтожению этих веществ и в особенности химбоеприпасов чистота технологий в экологическом отношении и безопасность персонала при этом остаются неудовлетворительными, т. к. образующиеся в процессе детоксикации реакционные массы содержат продукты нейтрализации отравляющих веществ типа зомана, моноэтаноламина, ортофосфорной кислоты и др. представляющие собой по степени токсичности и опасности как чрезвычайно опасные (1 класс опасности).
Known methods for the destruction of toxic substances by chemical, thermal, electrochemical and plasma processing [1]
All these methods have been successfully used with small amounts of toxic substances. But during the transition to large-scale operations to destroy these substances and, in particular, chemical munitions, the environmental cleanliness of technologies and the safety of personnel remain unsatisfactory, since the reaction masses formed during the detoxification process contain neutralization products of toxic substances such as soman, monoethanolamine, phosphoric acid and others, which are extremely hazardous in terms of toxicity and danger (hazard class 1).

Известны система для выработки ядерной энергии, переработки отходов и способ ее изготовления прототип [2] заключающиеся в следующем: в подземной полости, созданной взрывом по крайней мере одного ядерного устройства, помещается предварительно определенное количество вещества (в частности, отходов), производится взрыв ядерного устройства с тем, чтобы вызвать протекание ядерных или химических реакций в указанном веществе с использованием реагентов, способствующих превращению этих веществ под действием высоких температур, создаваемых ядерным взрывом, в газообразное состояние, после чего по скважинам этот газ или пар поступает в подземную электростанцию. Таким образом, изобретение дает возможность использовать накапливаемую на месте тепловую энергию и утилизировать удаленные отходы. Тепловую энергию можно использовать вне участка взрыва в местах с требуемыми температурами. A known system for generating nuclear energy, waste processing and a method for producing it is a prototype [2] consisting in the following: in a subterranean cavity created by the explosion of at least one nuclear device, a predetermined amount of substance (in particular, waste) is placed, an explosion of a nuclear device is carried out in order to cause the occurrence of nuclear or chemical reactions in the specified substance using reagents that contribute to the conversion of these substances under the action of high temperatures created by the poison explosive, in a gaseous state, after which this gas or steam enters the underground power station through the wells. Thus, the invention makes it possible to use the accumulated on-site thermal energy and utilize the removed waste. Thermal energy can be used outside the area of the explosion in places with the required temperatures.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что с их помощью невозможно уничтожение токсичных химических веществ (ТХВ) без нарушения экологии, так как в результате протекания химических реакций в ряде ТХВ возможно образование других ТХВ, которые могут оказаться достаточно опасными с экологической точки зрения, а также в том, что при создании полости в произвольном грунте невозможно обеспечить ее герметичность как до, так и после проведения ядерного взрыва. Это объясняется тем, что в произвольных породах после прохождения волны нагружения массив дробится на блоки разной величины, появляются новые и расширяются природные трещины. Размер зон разрушения кроме мощности взрыва в сильной степени зависит от свойств горной породы, окружающей ядерный заряд. В среднем для плотных и прочных силикатных пород (гранит, сиенит, кварцевые сланцы) радиус зоны дробления (то есть зоны, в которой разрушение породы происходит по всем трем направлениям) составляет порядка 25 м/кт1/3. Вне этой зоны разрушение пород имеет характер радиальных трещин, которые простираются вплоть до расстояний порядка 100 м/кт1/3. Форма зоны разрушения близка к сферической. По этим трещинам продукты разложения ТХВ под действием ядерного взрыва, да и сами продукты этого взрыва могли бы распространяться на большие расстояния вплоть до земной поверхности или до встречи с подземными водными слоями, а это привело бы к нарушению экологической чистоты.The disadvantage of this method and device is that with their help it is impossible to destroy toxic chemicals (TCB) without violating the environment, since as a result of chemical reactions in a number of TCB it is possible to form other TCB, which can be quite dangerous from an environmental point of view, and also in the fact that when creating a cavity in arbitrary soil, it is impossible to ensure its tightness both before and after a nuclear explosion. This is explained by the fact that in arbitrary rocks, after the passage of the loading wave, the array is crushed into blocks of different sizes, new ones appear and natural cracks expand. The size of the destruction zones, in addition to the power of the explosion, to a large extent depends on the properties of the rock surrounding the nuclear charge. On average, for dense and strong silicate rocks (granite, syenite, quartz slates), the radius of the crushing zone (that is, the zone in which the destruction of the rock occurs in all three directions) is about 25 m / ct 1/3 . Outside this zone, rock destruction has the nature of radial cracks that extend up to distances of the order of 100 m / kt 1/3 . The shape of the fracture zone is close to spherical. Along these cracks, the products of decomposition of TXW under the influence of a nuclear explosion, and the products of this explosion themselves could spread over large distances up to the earth's surface or until they meet underground water layers, and this would lead to a violation of environmental cleanliness.

Таким образом, заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию способа и устройства для уничтожения токсичных веществ с высокими эксплуатационными возможностями. Технический результат при решении этой задачи выразится в обеспечении экологической чистоты способа и устройства для уничтожения токсичных веществ. Thus, the claimed invention is aimed at solving the problem of creating a method and device for the destruction of toxic substances with high operational capabilities. The technical result in solving this problem will be expressed in ensuring the environmental cleanliness of the method and device for the destruction of toxic substances.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе уничтожения токсичных веществ, заключающемся в организации подземной полости, загрузке в нее токсичных веществ, ядерного взрывного устройства и реагентов, способствующих разложению этих веществ под действием высоких температур, герметизации полости и осуществлении в полости ядерного взрыва, согласно изобретению подземную полость организуют в массиве каменной соли, в полость загружают токсичные химические вещества (ТХВ), причем в качестве реагентов используют вещества, способные связывать продукты разложения сложных молекул ТХВ с образованием раствора или твердого осадка безвредных веществ, а массу загружаемых в полость ТХВ и массу реагентов определяют из соотношений

Figure 00000002

где E0 мощность ядерного взрыва в кт тротилового эквивалента;
β коэффициент, зависящий от доли и вида конструкционных материалов и вида ТХВ, загружаемых в полость (т/кт);
a(V0) коэффициент, зависящий от объема полости V0, определяется из выражения
Figure 00000003

γ коэффициент, зависящий от вида ТХВ и определяемый из выражения
Figure 00000004

ρTXB плотность ТХВ (г/см3);
ρpeaг плотность реагента (г/см3);
μTXB молекулярный вес ТХВ;
N -число видов опасных компонентов, образующихся при разложении одной молекулы ТХВ;
mi количество молекул каждого компонента,
i 1, N;
μi молекулярный вес реагента;
Кi необходимое число молекул реагента;
Vм суммарный объем ТХВ и реагентов (м3).The essence of the invention lies in the fact that in the method of destruction of toxic substances, which consists in organizing an underground cavity, loading into it toxic substances, a nuclear explosive device and reagents that contribute to the decomposition of these substances under high temperatures, sealing the cavity and carrying out a nuclear explosion in the cavity, according to According to the invention, the underground cavity is organized in a rock salt mass, toxic chemicals (TXW) are loaded into the cavity, and substances capable of yazyvat degradation products of complex molecules TXB to form a solution or a solid residue harmless substances, and the mass charged into the cavity and TXB reactant mass ratio was determined from
Figure 00000002

where E 0 the power of a nuclear explosion in CT TNT equivalent;
β coefficient, depending on the proportion and type of structural materials and type of water treatment equipment loaded into the cavity (t / ct);
a (V 0 ) the coefficient depending on the volume of the cavity V 0 is determined from the expression
Figure 00000003

γ coefficient, depending on the type of TXW and determined from the expression
Figure 00000004

ρ TXB density THB (g / cm 3 );
ρ peag reagent density (g / cm 3 );
μ TXB molecular weight THB;
N is the number of types of hazardous components resulting from the decomposition of one TXV molecule;
m i the number of molecules of each component,
i 1, N;
μ i is the molecular weight of the reagent;
K i the required number of reagent molecules;
V m the total volume of TXW and reagents (m 3 ).

Более четко задача решается в том случае, если в качестве реагентов используют или цеолиты, или кремнезоли, или оксиды щелочноземельных металлов. More clearly, the problem is solved if either zeolites, or silica sols, or alkaline earth metal oxides are used as reagents.

Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве для уничтожения ТХВ, содержащем полость для размещения в ней ТХВ и ядерного взрывного устройства, по крайней мере одну скважину, соединяющую полость с поверхностью земли, а также средства для герметизации скважины, согласно изобретению полость выполнена в массиве каменной соли, мощность пласта которой выбирается из соотношения
Hпл≥60•E 1/3 0 ,
где E0 мощность ядерного взрыва в кт тротилового эквивалента;
и снабжена приемником ядерного устройства, установленным по вертикальной оси полости, а ядерное устройство установлено в массиве ТХВ на приемнике в центральной части полости. Приемник выполнен с открытым устьем и снабжен конусной юбкой, установленной в верхней его части; кроме того, он снабжен по крайней мере тремя заостренными "лапами", которые могут быть закреплены цементирующим составом. При заливке жидких уничтожаемых продуктов надобность в приемнике отпадает, а ядерный заряд опускается внутрь их слоя.
In addition, the goal is achieved due to the fact that in the device for destroying TXW, containing a cavity for accommodating TXW and a nuclear explosive device, at least one well connecting the cavity to the earth’s surface, as well as means for sealing the well, according to the invention the cavity is made in an array of rock salt, the reservoir thickness of which is selected from the ratio
H pl ≥60 • E 1/3 0 ,
where E 0 the power of a nuclear explosion in CT TNT equivalent;
and equipped with a receiver of a nuclear device mounted on the vertical axis of the cavity, and the nuclear device is installed in the TXW array at the receiver in the central part of the cavity. The receiver is made with an open mouth and is equipped with a conical skirt installed in its upper part; in addition, it is equipped with at least three pointed “paws” that can be fixed with a cementitious compound. When pouring liquid products to be destroyed, the need for the receiver disappears, and the nuclear charge falls into their layer.

Коэффициент α(V0)≅1 определяется объемом полости и соответственно суммарным объемом Vм материала (ТХВ и реагентов), который может быть размещен в полости данного размера, и равен

Figure 00000005

где ρTXB и ρpeaг плотности ТХВ и реагента соответственно.The coefficient α (V 0 ) ≅1 is determined by the volume of the cavity and, accordingly, the total volume V m of material (TXW and reagents), which can be placed in a cavity of a given size, and is equal to
Figure 00000005

where ρ TXB and ρ peag are the densities of TXB and the reagent, respectively.

Коэффициент β определяется долей и видом конструкционных материалов и видом ТХВ, загружаемых в полость, и в каждом конкретном случае он должен определяться расчетным путем с учетом экспериментальных и теоретических данных по разложению данного ТХВ. The coefficient β is determined by the fraction and type of structural materials and the type of TXW loaded into the cavity, and in each case it must be determined by calculation taking into account the experimental and theoretical data on the decomposition of this TXB.

Например, если ТХВ полностью разлагается при испарении в ударной волне взрыва, то b ≃ 70 т/кт.. Если температура разложения ТХВ ниже температуры его плавления и разложение происходит в ударной волне взрыва, то β ≃ 500 т/кт. Если ТХВ находится в некоторых технологических корпусах, например химические боеприпасы, и разложение происходит в результате длительного воздействия температуры в полости после взрыва, то необходимо обеспечить разрушение корпусов и доступ ТХВ в полость. При этом расчетное значение β ≃ 500 т/кт (за массу ТХВ принимается полная масса вместе с корпусами), что обеспечивает плавание и соответственно разрушение стальных корпусов. For example, if TXW completely decomposes upon evaporation in the explosion shock wave, then b ≃ 70 t / kt. If the decomposition temperature of TXW is lower than its melting point and decomposition occurs in the explosion shock wave, then β ≃ 500 t / kt. If TXW is located in some technological buildings, for example, chemical munitions, and decomposition occurs as a result of prolonged exposure to temperature in the cavity after the explosion, it is necessary to ensure the destruction of the shells and access to the TSW into the cavity. At the same time, the calculated value is β ≃ 500 t / kt (the total mass together with the hulls is taken as the mass of thermoelectric heat transfer), which ensures swimming and, accordingly, destruction of steel hulls.

Коэффициент γ определяется видом ТХВ и зависит от состава продуктов его разложения, наличия среди них экологически опасных составляющих и количества реагентов, необходимых для их связывания. Если при разложении 1 молекулы ТХВ с молекулярным весом mTXB образуется N видов опасных компонентов, каждая в количестве mi молекул, i 1, N, и для связывания каждой молекулы опасной компоненты требуется Ki молекул реагента с молекулярным весом μi, то γ определяется соотношением

Figure 00000006

Существует приближенная интерполяционная зависимость радиуса полости от нескольких основных факторов, полученная по данным 46 американских подземных взрывов:
Rп (м) 21 W0,306 E0,514 b-0,244 G-0,576 h-0,161,
где W мощность взрыва в кт;
E и G модуль Юнга и сдвига в Мбар;
b плотность в г/см3;
h глубина взрыва в метрах.The coefficient γ is determined by the type of TXW and depends on the composition of its decomposition products, the presence of environmentally hazardous components among them, and the amount of reagents necessary for their binding. If, upon decomposition of 1 TXB molecule with a molecular weight m TXB , N types of hazardous components are formed, each in the number of m i molecules, i 1, N, and for each molecule of the hazardous component to bind, K i reagent molecules with a molecular weight μ i are required, then γ is determined the ratio
Figure 00000006

There is an approximate interpolation dependence of the radius of the cavity on several key factors, obtained from 46 American underground explosions:
R p (m) 21 W 0.306 E 0.514 b -0.244 G -0.576 h -0.161 ,
where W is the explosion power in ct;
E and G Young's modulus and shear in Mbar;
b density in g / cm 3 ;
h explosion depth in meters.

C другой стороны, известно, что развитие процессов при камуфлетных взрывах отличается подобием. Это означает, что все пространственные (радиус, полости, радиусы зон дробления и трещиноватости) и временные (время образования полости) характеристики взрыва изменяются с изменением мощности (Е0) взрыва пропорционально E 1/3 0 .On the other hand, it is known that the development of processes in camouflage explosions is similar. This means that all spatial (radius, cavities, radii of crushing and fracturing zones) and temporal (cavity formation time) characteristics of the explosion change with a change in the power (E 0 ) of the explosion in proportion to E 1/3 0 .

Учитывая изложенное и на основании экспериментальных данных (см. например, опыт "Вега-3") мощность пласта выбирается из условия, что при уничтожении ТХВ расстояние от местоположения заряда до целика должно превышать радиусы зон дробления и трещиноватости, т.е. Rз≥25•E 1/3 0 . Отсюда мощность пласта каменной соли не должна быть менее 60 E1/3 метров.Taking into account the foregoing and on the basis of experimental data (see, for example, the Vega-3 experiment), the reservoir power is selected from the condition that, when TSW is destroyed, the distance from the location of the charge to the target should exceed the radii of the crushing and fracturing zones, i.e. R s ≥25 • E 1/3 0 . Hence, the thickness of the rock salt formation should not be less than 60 E 1/3 meters.

Именно заявленные соотношения объема полости, мощности взрыва, массы ТХВ и массы реагентов и размещение полости в массиве каменной соли обеспечивают согласно изобретениям удержание первоначально загружаемых ТХВ и продуктов их разложения в процессе уничтожения в полости и превращение ТХВ в безопасные и экологически чистые растворы или твердые осадки и тем самым достижение технического результата решаемой задачи. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. It is the claimed ratios of the volume of the cavity, the power of the explosion, the mass of the TXW and the mass of the reagents and the placement of the cavity in the rock salt mass that according to the inventions ensure the retention of the initially loaded TCB and their decomposition products in the process of destruction in the cavity and the conversion of the TCB into safe and environmentally friendly solutions or solid precipitates and thereby achieving the technical result of the problem being solved. This allows us to conclude that the claimed invention is interconnected by a single inventive concept.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solutions with the prototype made it possible to establish compliance with their criterion of "novelty."

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемых изобретений и достигаемым техническим результатом обусловлена тем, что в настоящих решениях удалось избежать образования других ТХВ, опасных с экологической точки зрения, в результате протекания химических реакций при уничтожении ТХВ, а также удалось обеспечить герметичность подземной полости как до, так и во время, и после проведения ядерного взрыва. The causal relationship between the totality of the essential features of the claimed inventions and the achieved technical result is due to the fact that in these decisions it was possible to avoid the formation of other chemical substances, which are environmentally hazardous, as a result of chemical reactions during the destruction of mineral water, and also managed to ensure the integrity of the underground cavity as before and during and after a nuclear explosion.

В качестве примера конкретного выполнения описываются способ и устройство для уничтожения химических боеприпасов, содержащих боевое отравляющее вещество (ОВ) зарин. As an example of a specific implementation, a method and apparatus for the destruction of chemical munitions containing chemical warfare agent Sarin are described.

В выбранном соляном массиве на требуемую глубину (600.1000 м) бурится вспомогательная скважина для спуска ядерного устройства (dскв≃ 300мм).In the selected salt mass to the required depth (600.1000 m), an auxiliary well is drilled to lower the nuclear device (d well ≃ 300 mm).

Прямо над точкой заложения ядерного заряда вертикально бурится основная технологическая скважина большого диаметра (D ≃ 1100мм). Производится опускание контейнера с ядерным зарядом мощностью 5.10 кт, который после возведения забивки подрывается. В результате взрыва в соляном массиве образуется герметичная полость объемом 25.50 тыс. м3.The main technological well of large diameter (D ≃ 1100mm) is vertically drilled directly above the nuclear charge point. A container with a nuclear charge of 5.10 kt is lowered, which, after erection, is undermined. The explosion in the salt mass forms a sealed cavity with a volume of 25.50 thousand m 3 .

Спустя необходимое время после взрыва (в зависимости от выбора технологии проведения второго взрыва) забивочный комплекс вспомогательной скважины разбуривается и в нее опускаются приборы рациационного и химического контроля, датчики температуры и давления и телевизионная установка. Указанный комплекс используется для обследования полости, контроля за составом газа в полости и для выполнения последующих работ. При получении положительных результатов обследования полости производится добуривание технологической скважины с помощью установки типа БУ-75. По оси скважины в полость опускается труба-приемник ядерного устройства диаметром 430 мм с остроконечными "лапами" длиной до ≈ 10 м и длиной рабочей части ≈ 20 м для завески ядерного устройства. "Лапы" под действием собственного веса приемника войдут в размягченную соль и, таким образом, произойдет фиксация приемника. Для более надежной фиксации приемника в него можно закачать некоторое количество цементного раствора, который, пройдя через нижнюю перфорированную часть приемника, зацементирует частично "лапы" и нижнюю часть трубы, что обеспечит жесткую фиксацию приемника. В верхней части приемник имеет конусообразную юбку для "отражения" спускаемых контейнеров с химбоеприпасами, при этом устье приемника остается открытым. After the necessary time after the explosion (depending on the choice of technology for the second explosion), the auxiliary well drilling complex is drilled and radiation and chemical control devices, temperature and pressure sensors and a television installation are lowered into it. The specified complex is used to examine the cavity, monitor the composition of the gas in the cavity and to perform subsequent work. Upon receipt of positive results of the cavity examination, the technological well is drilled using a BU-75 installation. A receiver pipe of a nuclear device with a diameter of 430 mm with pointed “paws” up to ≈ 10 m long and a working part ≈ 20 m long for curtaining the nuclear device is lowered into the cavity along the axis of the well. Under the influence of the receiver’s own weight, the “paws” will enter softened salt and, thus, the receiver will be fixed. For more reliable fixation of the receiver, it is possible to pump a certain amount of cement mortar into it, which, having passed through the lower perforated part of the receiver, partially cementes the “paws” and the lower part of the pipe, which will ensure rigid fixation of the receiver. In the upper part, the receiver has a cone-shaped skirt to "reflect" the descent containers with chemical ammunition, while the mouth of the receiver remains open.

На рабочей площадке скважины производится закладка химбоеприпасов в специальные контейнеры. Вес закладываемых в один контейнер боеприпасов ≈ 5 т, размеры контейнера: наружный диаметр ≈ 820 мм, длина ≈ 2000 мм. Контейнеры соединяются между собой гибкой связью, расстояние между контейнерами при спуске ≈ 3 м, образуется гирлянда из 10-12 контейнеров. После этого к верхнему контейнеру гирлянды крепится бурильная труба и вся гирлянда опускается на бурильных трубах в полость. После укладки контейнеров на дно полости (работа ведется с телеконтролем) производится их отцеп от бурильных труб с помощью электромагнита или пиропатрона. At the well site, chemical ammunition is placed in special containers. The weight of ammunition placed in one container is ≈ 5 tons, the dimensions of the container are: outer diameter ≈ 820 mm, length ≈ 2000 mm. The containers are interconnected by a flexible connection, the distance between the containers during the descent is ≈ 3 m, a garland of 10-12 containers is formed. After that, the drill pipe is attached to the upper container of the garland and the entire garland is lowered into the cavity on the drill pipes. After laying the containers on the bottom of the cavity (work is being done with telecontrol), they are uncoupled from the drill pipes using an electromagnet or a squib.

После спуска в полость запланированного количества контейнеров по отработанной штатной технологии спускается ядерное устройство и располагается в приемнике примерно в центре массы контейнеров с химбоеприпасами. Контрольная аппаратура из вспомогательной скважины извлекается, обе скважины забиваются. Масса боеприпасов примерно в 7 раз превышает собственно массу ОВ. Масса боеприпасов, загружаемых в полость, составляет 500 E, где E мощность взрыва в кт, что обеспечивает разрушение стальных оболочек боеприпасов и испарение ОВ под действием взрыва, то есть в рассматриваемом случае β ≃ 500 т/кт. При использовании заряда мощностью 10 кт масса уничтожаемых боеприпасов составляет 5000 т, а масса собственно зарина 700 т. Такое количество боеприпасов занимает объем существенно меньший, чем объем полости и α = 1. В результате взрыва после окончания движения полости температура в полости заметно превышает температуру стенок, происходит оплавление стенок полости, сопровождающееся стеканием расплава на дно, и в полости устанавливается температура, равная температуре плавления каменной соли примерно 800oС. В дальнейшем происходит медленное остывание полости путем теплопроводности. Температура начала разложения зарина составляет 100oС, при температуре 500oC степень разложения достигает 99,8% а константа скорости реакции (время разложения в l раз) 23 сек. В этих условиях за время менее 1 суток происходит термическое разложение ОВ до очень высоких степеней диссоциации.After descent into the cavity of the planned number of containers according to the established standard technology, the nuclear device descends and is located in the receiver approximately in the center of the mass of containers with chemical ammunition. The control equipment is removed from the auxiliary well, both wells are clogged. The mass of ammunition is about 7 times that of the actual mass of explosives. The mass of ammunition loaded into the cavity is 500 E, where E is the explosion power in kt, which ensures the destruction of the steel shells of the ammunition and the evaporation of explosives under the action of the explosion, i.e., β ≃ 500 t / kt in the case under consideration. When using a charge with a power of 10 kt, the mass of the destroyed ammunition is 5,000 tons, and the mass of the sarin itself is 700 tons. This number of ammunition occupies a volume significantly smaller than the volume of the cavity and α = 1. As a result of the explosion, after the end of the movement of the cavity, the temperature in the cavity significantly exceeds the wall temperature It occurs melting of the cavity wall, accompanied by a melt runoff on the bottom, and the cavity temperature is set equal to the melting temperature of the salt of about 800 o C. subsequently a slow about tyvanie cavity by conduction. The temperature of the onset of decomposition of sarin is 100 o C, at a temperature of 500 o C the degree of decomposition reaches 99.8% and the reaction rate constant (decomposition time in l times) 23 sec. Under these conditions, thermal decomposition of organic matter to very high degrees of dissociation occurs in less than 1 day.

При термическом разложении зарина образуются два основных экологически опасных вещества (N 2) метафосфорная кислота HPO3 и фтористый водород НF по одной молекуле на каждую молекулу зарина (m1 m2 1). Для нейтрализации этих продуктов разложения используется гидроксид кальция Ca(OH)2:
2HPO3 + Ca(OH)2 Ca(PO3)2 + 2H2O;
2HF + Ca(OH)2 CaF2 + 2H2O и К1 K2 0,5.
Upon thermal decomposition of sarin, two main environmentally hazardous substances (N 2) are formed: metaphosphoric acid HPO 3 and hydrogen fluoride HF, one molecule for each sarin molecule (m 1 m 2 1). To neutralize these decomposition products, calcium hydroxide Ca (OH) 2 is used :
2HPO 3 + Ca (OH) 2 Ca (PO 3 ) 2 + 2H 2 O;
2HF + Ca (OH) 2 CaF 2 + 2H 2 O and K 1 K 2 0.5.

При этом на одну молекулу зарина требуется одна молекула гидроксида. При молекулярном весе зарина μTXB= 140•1 и молекулярном весе гидроксида кальция μ1= μ2= 74 требуемое количество реагента составит 380 т. Значение γ составляет 0,53.Moreover, one molecule of sarin requires one molecule of hydroxide. With a molecular weight of sarin μ TXB = 140 • 1 and a molecular weight of calcium hydroxide μ 1 = μ 2 = 74, the required amount of reagent is 380 tons. The value of γ is 0.53.

Продукты разложения взаимодействуют с реагентом и образуют экологические безопасные твердые осадки СаF2 и Ca(PO3)2.Decomposition products interact with the reagent and form environmentally friendly solid precipitates of CaF 2 and Ca (PO 3 ) 2 .

На чертеже схематично изображена система для уничтожения ТХВ, состоящая из подземной полости 1, выполненной в массиве каменной соли 2, технологических скважин 3, соединяющих полость 1 с поверхностью земли, ядерного устройства, расположенного в трубе-приемнике 5 и уничтожаемого ТХВ 6 в смеси с реагентами. В скважине 3 имеются затворы 7, герметизирующая бетонная пробка 8 и датчики экологического контроля 9. На поверхности земли и в скважине находится аппаратура управления и контроля за уничтожением ТХВ и другими процессами, происходящими в полости и других горных выработках в момент и после проведения ядерного взрыва (для простоты схематичного изображения на чертеже не показана). The drawing schematically shows a system for destroying TXW, consisting of an underground cavity 1 made in an array of rock salt 2, technological wells 3 connecting the cavity 1 to the surface of the earth, a nuclear device located in the receiver pipe 5 and destroyed by TXB 6 mixed with reagents . In the well 3 there are gates 7, a sealing concrete plug 8 and environmental control sensors 9. On the earth's surface and in the well there is equipment for controlling and controlling the destruction of chemical water treatment and other processes occurring in the cavity and other mine workings at the time and after the nuclear explosion ( for simplicity, a schematic image is not shown in the drawing).

Работа системы заключается в следующем. По сигналу с поверхности земли производят подрыв ядерного устройства 4. В результате взрыва происходит движение стенок полости 1, после окончания которого в полости устанавливается высокая температура, превышающая температуру разложения ОВ. В этих условиях происходит термическое разложение ОВ до очень высоких степеней диссоциаций. Продукты разложения ТХВ, взаимодействуя с реагентами, образуют твердые и экологически безвредные осадки или растворы. При этом обеспечивается разрушение стальных оболочек химбоеприпасов и испарение ОВ. Поверхность полости 1 оплавляется без образования трещин, что препятствует распространению продуктов ядерного взрыва за пределы массива каменной соли 2. Этому же способствует и бетонная пробка 8. Датчики экологического контроля 9 фиксируют состояние атмосферы в скважине 3 и по линии связи и контроля их информация передается на поверхность земли, где фиксируется и обрабатывается. The operation of the system is as follows. A signal from the surface of the earth detonates the nuclear device 4. As a result of the explosion, the walls of the cavity 1 move, after which a high temperature is established in the cavity, which exceeds the decomposition temperature of the organic matter. Under these conditions, the thermal decomposition of organic matter to very high degrees of dissociation occurs. The decomposition products of TXB, interacting with reagents, form solid and environmentally friendly precipitates or solutions. This ensures the destruction of the steel shells of chemical munitions and the evaporation of OM. The surface of the cavity 1 is melted without cracking, which prevents the spread of the nuclear explosion products beyond the rock salt 2. The concrete plug 8. This is also facilitated by the concrete plug 8. The environmental monitoring sensors 9 record the state of the atmosphere in the well 3 and their information is transmitted to the surface via the communication and control line land where it is fixed and cultivated.

Через определенное время, порядка нескольких месяцев, данная полость может быть использована повторно. Времена разложения ОВ с точки зрения возможности вскрытия скважины и повторного ее использования необходимо определять, исходя из конкретного проекта и состава ОВ при данном взрыве. Заявителем создана и активно используется программа, позволяющая рассчитывать кинетику ионизации и диссоциации химических веществ с учетом возбуждения уровней. С ее помощью при необходимости возможен детальный расчет кинетики разложения конкретных видов ОВ в конкретном эксперименте по уничтожению при предоставлении необходимых данных о составах ОВ или других ТХВ. After a certain time, of the order of several months, this cavity can be reused. The time of decomposition of OM from the point of view of the possibility of opening the well and its reuse must be determined based on the specific design and composition of the OM in a given explosion. The applicant has created and is actively using a program to calculate the kinetics of ionization and dissociation of chemicals, taking into account the excitation of levels. With its help, if necessary, a detailed calculation of the kinetics of decomposition of specific types of OM in a specific destruction experiment is possible when providing the necessary data on the compositions of OM or other TXW.

Использование настоящего способа и устройства для его осуществления позволяет производить уничтожение химбоеприпасов и различных ТХВ в больших количествах (сотни и тысячи тонн) без нарушения экологии, т.к. в результате протекания химических реакций исключено образование других отравляющих веществ, а весь процесс производится с высокой степенью герметизации, которая гарантирует нераспространение токсичных веществ за пределы полости и дает возможность контролировать состав веществ в полости после взрыва и влиять на него в случае необходимости с помощью реагентов. При этом сейсмический эффект ядерного взрыва, производимый в полости соляного массива, а десятки и сотни раз меньше, чем от целикового взрыва такой же мощности. Using the present method and device for its implementation allows the destruction of chemical ammunition and various chemical weapons in large quantities (hundreds and thousands of tons) without violating the environment, because as a result of chemical reactions, the formation of other toxic substances is excluded, and the whole process is carried out with a high degree of sealing, which guarantees the non-proliferation of toxic substances outside the cavity and makes it possible to control the composition of substances in the cavity after the explosion and, if necessary, use reagents to influence it. At the same time, the seismic effect of a nuclear explosion produced in the cavity of the salt massif is tens and hundreds of times less than from a whole explosion of the same power.

Экономическая эффективность предложенного способа и устройства для его осуществления очевидна из следующего сравнения. The economic efficiency of the proposed method and device for its implementation is obvious from the following comparison.

Стоимость уничтожения ОВ в сопоставимых ценах при химическом способе переработки составляет порядка 100 тыс. руб. за тонну ОВ. Стоимость уничтожения ОВ предлагаемым способом составляет порядка 1 тыс.руб. за тонну ОВ (в ценах 1991 г.). The cost of destruction of OM in comparable prices for the chemical processing method is about 100 thousand rubles. per ton of OM. The cost of destruction of OM by the proposed method is about 1 thousand rubles. per ton of organic matter (in 1991 prices).

Немаловажную роль играет факт многоразовости использования подземных выработок полости и скважин, выполненных в массиве каменной соли. An important role is played by the fact of repeated use of underground workings of the cavity and wells made in rock salt massif.

ЛИТЕРАТУРА
[1] В. Н. Александров, В.И. Емельянов. Отравляющие вещества. М. Военное издательство, 1990 г.
LITERATURE
[1] V. N. Alexandrov, V. I. Emelyanov. Toxic substances. M. Military Publishing House, 1990

[2] Патент Великобритании N 2089558 (G 21J 3/00) "Система для выработки ядерной энергии и переработки отходов и способ ее изготовления" прототип, 1982 г. [2] UK patent N 2089558 (G 21J 3/00) "System for the production of nuclear energy and waste processing and method for its manufacture" prototype, 1982

Claims (6)

1. Способ уничтожения токсичных веществ, заключающийся в организации подземной полости, загрузке в нее токсичных веществ, реагентов и ядерного взрывного устройства, герметизации полости и осуществлении в ней ядерного взрыва, отличающийся тем, что подземную полость организуют в массиве каменной соли, в полость загружают токсичные химические вещества, причем в качестве реагентов используют вещества, способные связывать продукты разложения сложных молекул токсичных химических веществ с образованием раствора или твердого осадка безвредных веществ, а массу загружаемых в полость токсичных химических веществ и массу реагентов определяют из соотношений
Mтхв≅ α(Vo)βEo;
Mреаг= γ•Mтхв;
где E0 мощность ядерного взрыва в КT тротилового эквивалентта;
β коэффициент, зависящий от доли и вида конструкционных материалов и вида токсичных химических веществ, загружаемых в полость, Т/КТ;
Figure 00000007
коэффициент, зависящий от объема полости V0, определяется из выражения
Figure 00000008

γ коэффициент, зависящий от вида ТХВ и определяемый из выражения
Figure 00000009

ρтхв плотность ТХВ, г/смЗ;
ρреаг плотность реагента, г/смЗ;
μтхв молекулярный вес ТХВ;
N число видов опасных компонентов, образующихся при разложении одной молекулы ТХВ;
mi количество молекул каждого компонента;
μi молекулярный вес реагента;
Ki необходимое число молекул реагента;
Vm суммарный объем ТХВ и реагентов, М3.
1. The method of destruction of toxic substances, which consists in organizing an underground cavity, loading into it toxic substances, reagents and a nuclear explosive device, sealing the cavity and carrying out a nuclear explosion in it, characterized in that the underground cavity is organized in an array of rock salt, toxic are loaded into the cavity chemicals, moreover, substances that can bind the decomposition products of complex molecules of toxic chemicals with the formation of a solution or solid precipitate are harmless as reagents substances, and the mass of toxic chemicals loaded into the cavity and the mass of reagents are determined from the ratios
M txv ≅ α (V o ) βE o ;
M react = γ • M tkhv ;
where E 0 the power of a nuclear explosion in CT TNT equivalent;
β coefficient depending on the proportion and type of structural materials and the type of toxic chemicals loaded into the cavity, T / CT;
Figure 00000007
a coefficient depending on the volume of the cavity V 0 is determined from the expression
Figure 00000008

γ coefficient, depending on the type of TXW and determined from the expression
Figure 00000009

ρ Тхв density ТХВ, g / cm З ;
ρ pear reagent density, g / cm Z;
μ THB molecular weight THB;
N is the number of types of hazardous components resulting from the decomposition of one THB molecule;
m i the number of molecules of each component;
μ i is the molecular weight of the reagent;
K i the required number of reagent molecules;
V m the total volume of TXW and reagents, M 3 .
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве реагентов используют цеолиты, или кремнеземы, или оксиды щелочноземельных металлов. 2. The method according to p. 1, characterized in that the reagents used are zeolites, or silicas, or oxides of alkaline earth metals. 3. Устройство для уничтожения токсичных веществ, содержащее подземную полость для размещения в ней массива токсичных веществ и ядерного взрывного устройства и по меньшей мере одну скважину, соединяющую полость с поверхностью земли, а также средства для герметизации скважины, отличающееся тем, что полость выполнена в массиве каменной соли, причем мощность пласта каменной соли выбрана из соотношения
Hпл≥ 60•E 1/3 o ;
где Нпл мощность пласта каменной соли, м;
E0 мощность ядерного взрыва в КТ тротилового эквивалента,
а ядерное взрывное устройство размещено в массиве токсичных веществ.
3. A device for the destruction of toxic substances, containing an underground cavity for accommodating an array of toxic substances and a nuclear explosive device and at least one well connecting the cavity with the surface of the earth, as well as means for sealing the well, characterized in that the cavity is made in an array rock salt, and the thickness of the rock salt layer is selected from the ratio
H pl ≥ 60 • E 1/3 o ;
where N PL the thickness of the reservoir of rock salt, m;
E 0 nuclear explosion power in CT of TNT equivalent,
and a nuclear explosive device is placed in an array of toxic substances.
4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено приемником ядерного устройства, установленным по центральной оси полости, выполненным с открытым устьем и снабженным конусной юбкой, установленной в верхней части приемника. 4. The device according to p. 3, characterized in that it is equipped with a receiver of a nuclear device mounted on the central axis of the cavity, made with an open mouth and equipped with a conical skirt installed in the upper part of the receiver. 5. Устройство по пп. 3 и 4, отличающееся тем, что в нем приемник ядерного устройства снабжен по крайней мере тремя заостренными "лапами". 5. The device according to paragraphs. 3 and 4, characterized in that in it the receiver of the nuclear device is equipped with at least three pointed "paws". 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что в нем "лапы" приемника ядерного устройства закреплены цементирующим составом. 6. The device according to p. 5, characterized in that in it the "paws" of the receiver of the nuclear device are fixed with a cementing composition.
SU5057160 1992-05-28 1992-05-28 Method of and device for eliminating toxic materials RU2068209C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5057160 RU2068209C1 (en) 1992-05-28 1992-05-28 Method of and device for eliminating toxic materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5057160 RU2068209C1 (en) 1992-05-28 1992-05-28 Method of and device for eliminating toxic materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2068209C1 true RU2068209C1 (en) 1996-10-20

Family

ID=21610815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5057160 RU2068209C1 (en) 1992-05-28 1992-05-28 Method of and device for eliminating toxic materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2068209C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Александров В.Н., Емельянов В.И. Отравляющие вещества. - М.: Воениздат, 1990. Патент Великобритании N 2089558, кл.G 21 J 3/00, 1982. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5980446A (en) Methods and system for subsurface stabilization using jet grouting
US3159217A (en) Plastically deformable solids in treating subterranean formations
SA00210052B1 (en) Casing conbveyed perforatinc process and apparatus
Jang et al. Effects of water deck on rock blasting performance
US6260464B1 (en) In-situ implosion for destruction of dangerous materials
US4652181A (en) Storage complex for storing radioactive material in rock formations
RU2068209C1 (en) Method of and device for eliminating toxic materials
US3233670A (en) Additional recovery of hydrocarbons from a petroliferous formation
KR100482159B1 (en) Method of break bedrock which precise handling of slight-vibration and control of scatter
US3714895A (en) Method for excavating by explosions
Mohammed et al. Hydrothermal alteration of clay and low pH concrete applicable to deep borehole disposal of high-level radioactive waste–A pilot study
Rawson Review and summary of some Project Gnome results
Lombard Recovering oil from shale with nuclear explosives
RU2252393C1 (en) Method for blasting and device for its realization
RU2815668C1 (en) Method of destruction of wastes by explosion
Mikulak Destruction of US chemical weapons production and filling facilities
Rawson Summary of geonuclear effects
Engelhardt et al. Sealing of Deep Borehole in Crystalline Rock–Norwegian National Facility
RU2328600C2 (en) Process of breakdown site isolation
Laraia Dismantling and demolition techniques for cementitious systems
CN113153297B (en) Method for mining overburden non-blasting presplitting pressure relief prevention and control dynamic disasters in deep coal seam
RU2077078C1 (en) Method for burial of radioactive waste
UrinovSheraliRaufovich et al. Theoretical and experimental evaluation of a static method of rock destruction using non-explosive destructive mixture from local raw materials
Kuzmin et al. Method for Radioactive Waste Disposal in Underground Mines
Kesserü Empirical and theoretical methods for designing soft semi-impermeable protective barriers