RU2362224C2 - Система транспортировки и хранения и способ хранения и транспортировки радиоактивных отходов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области хранения и транспортировки радиоактивных отходов. Система хранения и транспортировки для хранения и для транспортировки радиоактивных отходов включает в себя контейнер для хранения радиоактивных отходов, который закрыт расположенной свободно крышкой и который относительно своего экранирующего действия по отношению к радиоактивному излучению пригоден для хранения в хранилище, и контейнер для транспортировки, который выполнен с возможностью приема контейнера для хранения для транспортировки за пределами хранилища. Причем контейнер для транспортировки имеет такое экранирующее действие по отношению к радиоактивному излучению и такую механическую стабильность, что только комбинация этих свойств с экранирующим действием и механической стабильностью контейнера для хранения обеспечивает уровень этих свойств, требуемый для транспортировки радиоактивных отходов за пределами хранилища. Использование изобретения позволит разделить функции хранения и транспортировки между различными контейнерами. Применение расположенной свободно крышки контейнера для хранения облегчит контроль за состоянием радиоактивных отходов в течение всего времени хранения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение касается системы транспортировки и хранения, а также способа транспортировки и хранения радиоактивных отходов.

После экономичного использования радиоактивных веществ они вследствие остаточного излучения и длительного периода полураспада должны соответствующим образом удаляться. В частности, в процессе получения энергии за счет ядерной энергии возникает значительное количество радиоактивных отходов. Наряду с выгоревшими тепловыделяющими элементами, они представляют собой также слабоактивные и среднеактивные радиоактивные отходы, например загрязненную рабочую среду. Зачастую жидкие радиоактивные отходы заливают в цементирующей установке к твердой массе, которая загружается, например, в бочки.

Из-за очень длительного периода полураспада должно гарантироваться безопасное хранение отходов. В настоящее время радиоактивные отходы в Германии хранятся в промежуточном хранилище в течение несколько лет, пока они наконец не будут отправлены в определенный могильник.

Поэтому необходимо, чтобы эти контейнеры, в которые загружены радиоактивные отходы, удовлетворяли как требованиям для хранения в промежуточном хранилище и в могильнике, так и требованиям для необходимой транспортировки, например, между промежуточным хранилищем и могильником. Таким образом, в общей сложности предъявлены очень высокие требования к контейнерам как в отношении экранирования излучения находящихся в контейнере радиоактивных отходов, так и в отношении достаточно высокой безопасности при транспортировке, например, посредством достаточно высокой механической стабильности, чтобы при аварии во время транспортировки гарантированно избежать выброса радиоактивности. Кроме того, контейнеры должны быть выполнены транспортабельными и удобными в обращении. Вследствие этих требований современные контейнеры для транспортировки и хранения являются очень трудоемкими и соответственно дорогими.

В основе изобретения лежит задача обеспечения возможности упрощенного и более экономичного хранения, а также упрощенной и более экономичной транспортировки, в частности, слабоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов.

Задача в соответствии с изобретением решается посредством системы для хранения и транспортировки радиоактивных отходов, в которой предусмотрен контейнер для хранения для приема радиоактивных отходов, причем контейнер для хранения выполнен таким образом, что он удовлетворяет только требованиям для хранения в хранилище, в частности промежуточном хранилище, но не удовлетворяет требованиям для транспортировки за пределами хранилища, причем контейнер для хранения для целей транспортировки за пределами хранилища предусмотрен для расположения в контейнере для транспортировки, который выполнен таким образом, что удовлетворяет более высоким требованиям для транспортировки.

В основе такого выполнения лежит идея учитывать различные требования хранения и транспортировки, благодаря тому что функция хранения отделена от функции транспортировки контейнера для радиоактивных отходов и разделена между двумя рассчитанными на различные требования контейнерами, а именно предусмотрен специальный контейнер для хранения, который при транспортировке перевозится в подходящем контейнере для транспортировки. Вследствие более низких требований для хранения в промежуточном хранилище за счет указанного мероприятия контейнер для хранения может быть выполнен значительно более просто и, в частности, более экономично, чем это возможно в обычных современных контейнерах, которые рассчитаны как для хранения, так и для транспортировки.

Кроме того, за счет отделения функции хранения от функции транспортировки очевидно поддерживается возможность выбирать различные системы хранения для могильника. Поскольку промежуточные хранилища рассчитаны, например, на срок хранения 30 лет, то благодаря этому при захоронении могут учитываться технические разработки и научные данные.

К контейнерам предъявляются, в частности, требования, с одной стороны, принимая во внимание экранирование радиоактивного излучения, а с другой стороны - принимая во внимание механическую стабильность. Оба требования в промежуточном хранилище обычно существенно более низкие, поскольку, например, при хранении по сравнению с транспортировкой никакой угрозы аварии не существует (механическая стабильность). Также экранирующее действие для радиоактивного излучения осуществляется самим промежуточным хранилищем, которое, например, выполнено непосредственно на территории ядерной установки в виде особой (отдельной) строительной секции, в то время как при транспортировке контейнер непосредственно контактирует с окружающей средой и поэтому должен иметь лучшее экранирование, чем в промежуточном хранилище. При этом контейнеры должны быть рассчитаны таким образом, чтобы не превышалась предельно допустимая мощность дозы облучения.

Для этого целесообразнее выполнять контейнер для хранения только для соблюдения более высокой предельно допустимой мощности дозы облучения в промежуточном хранилище, а не для соблюдения более низкой предельно допустимой мощности дозы облучения за пределами промежуточного хранилища. Лишь за счет расположения контейнера для хранения в контейнере для транспортировки также более низкая предельно допустимая мощность дозы облучения за пределами промежуточного хранилища не превышается.

В целесообразном выполнении контейнер для хранения предусмотрен для расположения нескольких более мелких упаковочных единиц с радиоактивными отходами, в частности для расположения бочек. Вследствие этого упрощается манипулирование (обращение) более мелкими упаковочными единицами и обеспечивается возможность совместного манипулирования. Также существует возможность предусматривать при необходимости дополнительные мероприятия для экранирования, а также для увеличения механической стабильности. Так, например, для конечного захоронения установленные в контейнере для хранения более мелкие упаковочные единицы предпочтительно заливаются в контейнере для хранения. В альтернативном, предпочтительном выполнении предусмотрен контейнер для хранения без регресса на более мелкие упаковочные единицы для приема твердых радиоактивных отходов.

Чтобы гарантировать доступность отдельных более мелких упаковочных единиц, в частности бочек, в контейнере для хранения, в целесообразном усовершенствовании предусмотрено, что контейнер для хранения закрыт только расположенной свободно (без закрепления) или с возможностью снимания крышкой. Таким образом, за счет этого мероприятия в любое время возможно удаление крышки и осуществление, например, автоматически, проверки или контроля складированных бочек. Более того, также возможно манипулирование отдельными более мелкими упаковочными единицами. В частности, за счет варианта осуществления со свободной крышкой поддерживается доступной возможность складирования для конечного захоронения отдельных более мелких упаковочных единиц в соответствии с новейшими технологическими знаниями.

Для максимально компактного и устойчивого хранения в промежуточном хранилище контейнер для хранения предпочтительно выполнен с возможностью штабелирования. Для этого он имеет, например, прямоугольное поперечное сечение и на своей нижней стороне снабжен ножками, а на верхней стороне - приемными элементами или направляющими для ножек другого контейнера для хранения, как это предусмотрено в обычных штабельных контейнерах.

В целесообразном выполнении контейнер для хранения выполнен в виде контейнера, боковые стенки и дно которого выполнены из бетонной структуры или из стали. Бетонная структура может быть снабжена соответствующим армированием (усилением). Посредством бетонной структуры простыми средствами и экономичным образом достигается как хорошее экранирование, так и достаточная механическая стабильность для хранения. Однако толщина стенок при этом меньше, чем у контейнеров, выполненных в виде контейнеров для транспортировки.

Чтобы удерживать затраты незначительными, в соответствии с предпочтительным усовершенствованием контейнер для транспортировки выполнен для многократной транспортировки контейнеров для хранения. За счет возможности повторного использования контейнера для транспортировки требуется лишь незначительное количество контейнеров для транспортировки. Соответственно контейнер для транспортировки может быть выполнен очень сложно и может удовлетворять самым высоким требованиям безопасности, без заметного влияния на затраты для всей системы хранения и транспортировки. Целесообразным образом для повторной погрузки и разгрузки контейнера для транспортировки он выполнен, в частности, с приводимой мотором и повторяемо закрываемой крышкой контейнера.

Для максимально подогнанной и тем самым надежной посадки контейнера для хранения в контейнере для транспортировки в целесообразном выполнении внутренние размеры контейнера для транспортировки подогнаны к внешним размерам контейнера для хранения. Кроме того, для простого ввода и надежного удержания предпочтительно на стенках контейнера для транспортировки предусмотрены направляющие, которые выполнены, в частности, по типу профилей или реек. Вследствие этого, контейнер для хранения удерживается в контейнере для транспортировки по возможности без зазоров. Для легкого ввода направляющие предпочтительно имеют вводные скосы.

Целесообразным образом контейнер для транспортировки выполнен в виде штабельного контейнера из подходящей стали с высоким экранированием и высокой механической стабильностью.

Далее указанная выше задача в соответствии с изобретением решается с помощью способа для хранения и транспортировки радиоактивных отходов в соответствии с пунктом 14 формулы изобретения. Приводимые, принимая во внимание систему хранения и транспортировки, преимущества и предпочтительные варианты выполнения следует рассматривать также и для способа.

Далее один пример осуществления изобретения поясняется более подробно посредством чертежей, на которых в схематичном представлении показано:

Фиг.1 - вид сбоку и в разрезе контейнера для хранения с предусмотренной для свободного прилегания крышкой;

Фиг.2 - контейнер для хранения согласно фиг.1 на другом виде сбоку и в разрезе;

Фиг.3 - контейнер для хранения согласно фиг.1 и 2 на виде сверху с указанием плоскостей разреза фиг.1 и 2;

Фиг.4 - контейнер для транспортировки в перспективном изображении;

Фиг.5 - контейнер для транспортировки согласно фиг.4 на виде сбоку со схематично обозначенной кабиной водителя грузового автомобиля, и

Фиг.6 - сильно схематичное изображение для иллюстрации удаления радиоактивных отходов.

Контейнер 2 для хранения согласно фиг.1-3 выполнен в виде контейнера, боковые стороны 4 которого вместе с дном 6 выполнены из единой бетонной структуры. Для закрывания контейнера для хранения предусмотрена также предпочтительно выполненная из бетона крышка 8 с захватной частью 9, укладываемая для закрывания контейнера 2 для хранения только свободно (не закрепляясь) на боковые стенки 4. Контейнер 2 для хранения имеет прямоугольную горизонтальную проекцию и выполнен с возможностью штабелирования. Для этого на нижней стороне дна 6 в четырех угловых точках расположены ножки 10. Боковые стенки 4 на своих верхних торцевых сторонах несут в четырех углах соответствующие приемные элементы 12 или направляющие, в которые при штабелировании следующего контейнера 2 для хранения входят его ножки 10.

Контейнер 2 для хранения в примере осуществления изобретения предусмотрен для приема в целом восемь предназначенных для радиоактивных отходов более мелких упаковочных единиц в виде бочек 14. Чтобы предотвратить смещение бочек 14, дно 6 на своей верхней стороне выполнено профилированным и имеет, в частности, ромбовидные возвышения, так что выполнено в целом восемь отдельных приемных мест для бочек 14.

Заимствованный, в частности, из фиг.4 и 5 контейнер 20 для транспортировки особенно приспособлен для транспортировки на территории электростанции. В примере осуществления изобретения он образован в виде стального контейнера и выполнен с возможностью закрывания с помощью образованной двухстворчатой крышки 22 контейнера. Для обратимого открывания и закрывания на наружной торцевой стороне боковой стенки 24 контейнера предусмотрено два мотора 26, которые посредством выдвижного рычажного механизма 28 связаны с соответственно одной из створок крышки 22 контейнера для обратимого открывания и закрывания крышки 22 контейнера. Кроме того, на боковой стенке 24 контейнера расположены запирающие и фиксирующие устройства 30 для крышки 22 контейнера.

Во внутреннем пространстве контейнера на его боковых стенках 24 закреплены направляющие профили 32, которые на своих верхних торцевых сторонах имеют вводные скосы 34. Внутренние размеры контейнера 20 для транспортировки рассчитаны так, что описанный в отношении фиг.1-3 контейнер 2 для хранения удерживается с максимальной подгонкой между направляющими профилями 32. Ввод контейнера 2 для хранения облегчается посредством вводных скосов 34. Вследствие этого одновременно также осуществляется автоматическое выравнивание и центрирование контейнера 2 для хранения.

Контейнер 20 для транспортировки предусмотрен для транспортировки посредством грузового автомобиля 36, из которого на фиг.5 схематично представлена только кабина водителя. При этом контейнер 20 для транспортировки крепится на грузовом автомобиле посредством подходящих резьбовых соединений, прочих разъемных соединений или также неразъемного соединения с помощью сварки.

Контейнер 2 для хранения и контейнер 20 для транспортировки являются частью общей концепции для хранения и транспортировки слабоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов. Главное в этой концепции видится в том, что функции для хранения и для транспортировки разделены между двумя различными комбинациями контейнера. Так, с одной стороны контейнер 2 для хранения выполнен только для функции хранения, в частности, в не показанном здесь промежуточном хранилище, в то время как функция транспортировки выполняется посредством комбинирования контейнера 20 для транспортировки с помещенным в него контейнером 2 для хранения. Не в последнюю очередь, на основании законных постановлений для хранения радиоактивных отходов в промежуточном хранилище и для транспортировки радиоактивных отходов имеют место различные положения и требования. Поскольку образованное промежуточным хранилищем здание также берет на себя функцию экранирования относительно окружающей среды, а кроме того, отсутствует какая-либо опасность аварии при транспортировке, требования для хранения в промежуточном хранилище существенно ниже, чем требования к контейнеру для транспортировки. Соответственно этому контейнер 2 для хранения выполнен только для удовлетворения требованиям, которые имеют место для промежуточного хранилища. Это выражается - по сравнению с выполненным для транспортировки контейнером для транспортировки - в более низком экранирующем действии, а, кроме того, также в более низкой герметичности и механической стабильности. Таким образом, контейнер 2 для хранения рассчитан так, что, хотя при складировании радиоактивных отходов с определенной первоначальной радиоактивностью не превышается установленная для внутреннего пространства промежуточного хранилища предельно допустимая мощность дозы облучения, он не удовлетворяет требованиям более низкой и вместе с этим более строгой предельно допустимой мощности дозы облучения за пределами промежуточного хранилища.

Экранирующее действие контейнера 2 для хранения в значительной степени определяется выбором материала боковых стенок 4, дна 6, а также крышки 8, плотностью материала, а также толщиной стенок. Параметры контейнера 2 для хранения для более низких требований внутри промежуточного хранилища выражается, например, в том, что - соответственно по сравнению с контейнером, который также должен удовлетворять требованиям транспортировки -

а) при использовании одного и того же материала толщина стенки получается менее значительной;

б) при использовании одного и того же материала он может иметь меньшую плотность; и

в) может использоваться в целом более экономичный материал с менее значительным экранирующим действием и/или менее значительной механической стабильностью.

Вследствие этого, в частности, имеется существенная возможность экономии затрат по сравнению с контейнером, который выполнен одновременно как в виде контейнера для хранения, так и в виде контейнера для транспортировки.

В примере осуществления изобретения согласно фиг.1-3 контейнер 2 для хранения выполнен в виде бетонного контейнера. Контейнер 2 для хранения также может состоять из другого материала или смеси материалов, и может быть выполнен, например, в виде стального контейнера.

Более высокие требования к транспортировке выражаются, например, в уже упомянутой более низкой предельно допустимой мощности дозы облучения, а также в более высоких требованиях к механической стабильности, принимая во внимание более высокий риск аварий при транспортировке. Более высокие требования к транспортировке выполняются посредством комбинирования контейнера 20 для транспортировки с помещенным в него контейнером 2 для хранения, причем контейнер 20 для транспортировки может быть уже выполнен так, что он сам выполняет условия транспортировки, так что, в принципе, в контейнер 20 для транспортировки могли бы загружаться даже свободные (незакрепленные) более мелкие упаковочные единицы с радиоактивными отходами.

Контейнер 20 для транспортировки, по существу, служит для транспортных целей на территории электростанции. Для транспортировки контейнера 2 для хранения за пределами промежуточного хранилища 40, например для транспортировки контейнера 2 для хранения из кондиционной установки для радиоактивных отходов, как например цементирующая установка 42, в промежуточном хранилище 40, или также для транспортировки из промежуточного хранилища 40 в могильник 44, как сильно упрощенно показано на фиг.6, или для других перевозок по общественным улицам, напротив, предусмотрен контейнер для транспортировки, который удовлетворяет требованиям согласно IAEA (международное агентство по атомной энергии). При этом кондиционная установка 42 изображена в виде части ядерной установки 46. Промежуточное хранилище 40 может быть особым (отдельным) строением на территории ядерной установки.

В процессе эксплуатации ядерной установки 46, в частности, для производства энергии (атомная электростанция), образуются как твердые, так и жидкие слабоактивные и среднеактивные радиоактивные отходы, которые должны устраняться подходящим образом. В частности, в случае жидких отходов часто предусмотрены их смешивание с подходящей цементной массой в цементирующей установке 42 и загрузка в уже упомянутые бочки 14, в которых затем эта масса затвердевает. Эти заполненные в цементирующей установке 42 бочки 14 вставляются в контейнер 2 для хранения, затем контейнер 2 для хранения вставляется в контейнер 20 для транспортировки и транспортируется в промежуточное хранилище 40, где контейнер 2 для хранения вновь вынимается из контейнера 20 для транспортировки и помещается на предусмотренное для этого место хранения. Для манипулирования бочками 14, а также контейнером 2 для хранения предусмотрены соответственно подходящие подъемные краны или подъемные механизмы, которые захватывают на подходящих местах бочки 14 или соответственно контейнер 2 для хранения.

Не в последнюю очередь, вследствие относительно низких требований в промежуточном хранилище 40 крышка 8 контейнера 2 для хранения может лишь свободно укладываться. Это дает то преимущество, что крышка 8 в течение времени хранения в промежуточном хранилище может без проблем сниматься и находящиеся в нем бочки 14 могут проверяться и контролироваться, и в случае необходимости, например при протечке, могут заменяться. Для манипулирования крышкой 8 она имеет на своей внешней стороне захватную часть 9.

Дальнейшее существенное преимущество уложенной только свободно или с возможностью снимания крышки 8 состоит в том, что в процессе промежуточного хранения не задают окончательно характер кондиционирования радиоактивных отходов, а, наоборот, оставляют выбор для окончательного кондиционирования до тех пор, пока радиоактивные отходы не переместят в могильник 44. Поскольку промежуточные хранилища 40 выполнены, например, для хранения в течение 30 лет, то есть может пройти несколько десятилетий до перевозки в могильник 44, за счет этого мероприятия открывается возможность учитывать будущие технологические усовершенствования или достижения для окончательного кондиционирования. Поскольку контейнер 2 для хранения может использоваться не только для приема бочек 14, но и для приема незакрепленных радиоактивных отходов, то это является отдельным преимуществом. Сравнительно простое мероприятие относительно кондиционирования для могильника 44 состоит в том, что контейнер 2 для хранения со складированными в нем бочками 14 заливается подходящей цементной массой.

Перечень ссылочных позиций

2 - контейнер для хранения

4 - боковая стенка

6 - дно

8 - крышка

9 - захватная часть

10 - ножки

12 - приемный элемент

14 - бочка

16 - возвышение

20 - контейнер для транспортировки

22 - крышка контейнера

24 - боковая стенка контейнера

26 - мотор

28 - рычажный механизм

30 - фиксирующее устройство

32 - направляющий профиль

34 - вводной скос

36 - грузовой автомобиль

40 - промежуточное хранилище

42 - цементирующая установка

44 - могильник

46 - ядерная установка

Claims (14)

1. Система хранения и транспортировки для хранения и для транспортировки радиоактивных отходов, включающая в себя контейнер для хранения для приема радиоактивных отходов, который закрыт расположенной свободно крышкой и который относительно своего экранирующего действия по отношению к радиоактивному излучению пригоден для хранения в хранилище, контейнер для транспортировки, который выполнен с возможностью приема контейнера для хранения для целей транспортировки за пределами хранилища, причем контейнер для транспортировки имеет такое экранирующее действие по отношению к радиоактивному излучению и такую механическую стабильность, что только комбинация этих свойств с экранирующим действием и механической стабильностью контейнера для хранения обеспечивает уровень этих свойств, требуемый для транспортировки радиоактивных отходов за пределами хранилища.

2. Система по п.1, в которой контейнер (2) для транспортировки имеет более высокое экранирующее действие по отношению к радиоактивному излучению и механическую стабильность, чем контейнер для хранения.

3. Система по п.1, в которой контейнер для хранения выполнен только для соблюдении более высокой предельно допустимой мощности дозы облучения в хранилище, однако не для соблюдения более низкой предельно допустимой мощности дозы облучения за пределами хранилища.

4. Система по п.1, в которой контейнер для хранения не удовлетворяет установленным требованиям для транспортировки, принимая во внимание механическую стабильность.

5. Система по п.1, в которой контейнер для хранения предусмотрен для расположения нескольких более мелких упаковочных единиц с радиоактивными отходами, в частности бочек.

6. Система по п.1, в которой контейнер для хранения предусмотрен для приема твердых радиоактивных отходов.

7. Система по п.1, в которой контейнер для хранения выполнен с возможностью штабелирования.

8. Система по п.1, в которой контейнер для хранения выполнен в виде контейнера, боковые стенки и дно которого состоят из бетонной структуры или из стали.

9. Система по п.8, в которой контейнер для транспортировки выполнен для многократной транспортировки контейнеров для хранения.

10. Система по п.9, в которой контейнер для транспортировки имеет повторяемо закрывающуюся и, в частности приводимую мотором, крышку контейнера.

11. Система по п.1, в которой внутренние размеры контейнера для транспортировки подогнаны к внешним размерам контейнера для хранения.

12. Система по п.11, в которой контейнер для транспортировки на своих боковых стенках имеет направляющие профили для ввода и удержания контейнера для хранения.

13. Система по п.1, в которой контейнер для транспортировки выполнен в виде стального контейнера.

14. Способ для хранения и для транспортировки радиоактивных отходов, в котором отходы загружают в контейнер для хранения и контейнер для хранения закрывают расположенной свободно крышкой и ставят в хранилище, причем контейнер для хранения выполняют таким образом, что он пригоден относительно своего экранирующего действия по отношению к радиоактивному излучению для хранения в хранилище, и в котором контейнер для хранения для целей транспортировки за пределами хранилища располагают в контейнере для транспортировки, который имеет такое экранирующее действие по отношению к радиоактивному излучению и такую механическую прочность, что только комбинация экранирующего действия и механической стабильности контейнера для транспортировки и помещенного в него контейнера для хранения обеспечивает уровень указанных свойств, требуемый для транспортировки за пределами хранилища.

Images