SE442927B - Anleggning for forvaring av radioaktivt material i berg - Google Patents

Description

8401994-2 10 15 20 25 30 35 vilken koncentreras så mycket som möjligt. Denna lösning är emellertid icke- lämpad för slutlig förvaring, och efter en lämplig svalningsperiod överföras det därför i fast form. Den bästa metoden att överföra avfallet till fast form anses vara att förglasa avfallet. Detta innebär att avfallet indunstas och kalcine- ras och därefter upphettas till lämplig temperatur med en tillsats av glasbildande ämnen. Därvid erhålles en glassmälta som fylls på behållare. Dessa behållare mäste sedan placeras i en lämplig förvaringsanläggning.

Det har föreslagits, att det solidifierade högaktiva avfallet skall slutgiltigt förvaras i bergrum upptagna på stort djup i urberget. En sådan föreslagen förva- ringsanläggning består av en på markytan belägen mottagningsstation för av- fallet. Från denna mottagningsstation är borrad en vertikal transporttunnel till stort djup i urberget, och från den nedersta delen av denna vertikala tunnel utgår en horisontell transporttunnel, i vars golv är borrade ett flertal vertikala hål. Medelst automatiska transportmaskiner skall avfallsbehållarna transporteras genom nämnda tunnlar och nedsänkas som proppar i de vertikala borrhâlen i den horisontella tunnelns golv. Allteftersom borrhålen fyllas med avfallsbe- hållare samt omkringfylles med bentonitlera tillslutes de upptill, t ex med betong.

Det har också diskuterats att kapsla íckeupparbetade bränslestavar direkt från mellanlager och förvara dem i en bergrumsanläggning. - - Anläggningarför förvaring av radioaktivt material är kända från de svenska patenten SE-C-761399B-3 (pubLnr 402.179; SE-C-'I707639-6 (pubLnr 4l6,690); SE-C-7700552-8 (pubLnr 420.780); samt SE-C-77Û23lO-9 (pubLnr 420.781) och SE-A-8305025-2. l däri beskrivna anläggningar kan radioaktivt material förvaras under lång tid utan att vatten tränger igenom anläggningen.

Anläggníngarna enligt den kända tekniken innefattar en ihålig kropp av fast material, vars inre bildar förvaringsutrymmet för det radioaktiva materialet.

Denna ihåliga kropp är placerad i ett inre hålrum i berget, vilket hålrum har större dimensioner än den ihåliga kroppen, vilken är så belägen i detta halrum att dess utsida överallt befinner sig på avstånd från hålrummets sidor. Mellan- rummet mellan den ihåliga kroppen och det inre hålrummets sidor är fyllt 10 15 20 25 30 35 8401994-2 med ett elastoplastiskt deformerbart material. l berget utanför det inre hâlrum- _ met är upptaget ett yttre halrum, som pa alla sidor omgiver det inre hálrummet, och som likaledes är fyllt med ett plastiskt deformerbart material.

Den ihåliga kroppen är lämpligen utförd av betong och har en ellipsoidlíknande eller sfärisk form. Härigenom fâr den ihåliga kroppen en mycket stor hållfasthet mot påverkan av yttre krafter.

Det vattensvällande, elastoplastiska materialet, som omgiver den ihåliga kroppen och utfyller det yttre hâlrummet, utgöres lämpligen av lera, eller bentonit.

Lera är särskilt lämplig för detta ändamål, eftersom den kan genom jonbytande reaktioner binda radioaktiva klyvningsprodukter och har liten permeabilitet för vatten samt på grund av sin plasticitet kan deformeras utan att spricka.

Den ihåliga kroppen kan pa utsidan vara försedd med ett skikt av värmeiso- lerande material, vilket kan vara försett med kanaler för cirkulation av kyl- medium. Även det inre hålrummet kan vara försett med ett liknande värmeiso- lerande skikt på sina väggar.

Det inre av den ihåliga kroppen är lämpligen medelst horisontella skiljeväggar uppdelat i flera över varandra belägna rum, vilka är försedda med öppningar för införande av det radioaktiva materialet. Härigenom utnyttjasut-rymmet i den ihåliga kroppen bättre och underlättas införing och uttagning av det radio- aktiva materialet. l bergmassan mellan det första och andra halrummet kan vara anordnat ett schakt eller borrhal innehållande kontrollinstrument, t ex instrument för mätning av fuktighet, temperatur och radioaktiv strålning.

Botten i det yttre hàlrummet är lämpligen koniskt nedfltbuktad. Härigenom underlättas införande och sammanpackning av lera eller annat vattensvällande, elastiskt material i botten av det yttre hâlrummet.

Bergmassan mellan det inre och det yttre hálrummet kommer att vara helt inbäddad i det vattensvällande, elastoplastiska materialet. Detta material 8401994-2 10 15 20 25 30 35 är tillräckligt bärkraftigt för att hindra bergmassan från att sjunka i detsamma, men för att ytterligare säkerställa att sådan sjunkning icke skall ske kan det vara lämpligt att stabilisera materialet genom tillsats av något lämpligt stabili- seringsmedel i omrâdet under bergmassan.

Krav har emellertid rests på anläggningar med än större säkerhet beträffande reducerat genomflöde av vatten, och därmed minimerad kontaminering av grundvattnet.

Vidare visas i SE-A-8305025-2 en anläggning för förvaring av radioaktivt mate- rial i berg innefattande åtminstone ett första hálutrymme i fast material, vars inre bildar förvaringsutrymme för det radioaktiva materialet, och varvid i berget utanför nämnda första hâlutrymme eventuellt är upptaget ett yttre hâlrum som pä alla sidor orngiver nämnda första hålutrymme och som är fyllt med ett vattensvällande, elastoplastiskt material, och varvid kring anläggningen löper företrädesvis en spiralformig tunnel, från vilken access medgivits vid konstruktion och kontroll av de inre delarna av anläggningen, varvid runt anlägg- ningen, företrädesvis via den spiralformiga tunneln, anordnats ett större antal huvudsakligen vertikala borrhâl bildande åtminstone en yttre "bur" kring anlägg- ningen, vilken bur har till uppgift att avleda mot och fran anläggningen komman- de vatten. 'u I SE-A-8305025-2 visas vidare att det är möjligt att anordna konvektionsström- _ ning av luft för kylning av lagrat material, varvid ett antal vertikala hål för förvaring av radioaktivt material upptagits samt tomma hal för returluft uppta- gits i centralutrymmet. Samtliga vertikala hål är förbundna med varandra för att medge en cirkulerande strömning av luft upp genom de med radioaktivt material fyllda vertikala hälen och ned genom de tomma hälen.

Beskrivning' av fóreliggnrlde llppfumirig Det har nu visat sig möjligt att kunna genomföra en hög packningsgrad i ett lager av radioaktivt material under genomförande av kylning med fritt ström- mande luft (naturlígrkonvektion) och/eller med tvangsstyrd strömmande luft.

Härvid minimeras värmebelastningen pâ omgivande berg. 10 15 2D 25 30 35 8401994-2 1 anläggningen enligt föreliggande uppfinning möjliggöres också en i huvudsak sluten luftström för kylventilation. Vidare uppnås hög tillgänglighet för fyllning. inspektion och återvinning av lagrat material.

Föreliggande uppfinning karaktäriseras därvid av att orternas centrumaxel bildar en spetsig vinkel med centralschaktets centrumaxel, och att ett med centralschaktet koncentriskt, vertikalt ringformat schakt är anordnat intill centralschaktet, och att ett antal vertikala orter är anordnade på avstånd från centralschaktets centrumaxel, varvid det ringformade schaktet och de vertikala orterna är förbundna med varandra i anslutning till centralschaktets övre resp undre del.

Ytterligare karaktäristika framgår av hithörande patentkrav. ~ Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, vari Figl visar ett vertikalt snitt genom en anläggning enligt föreliggande uppfin- ning, Fig 2 visar ett horisontellt snitt genom anläggningen enligt Fig l efter linjen A-A, " Fig 3 visar ett centrallager i vertikalt snitt enligt Fig 1, . _' Fig 4 visar centrallagret enligt Fig 3 i ett horisontellt snitt enligt linjen B-B Fig 5 visar en del av centrallagret i större skala i vertikalt snitt, Fig 6 visar en anordning för fyllning och uttagníng av material.

Pa ritningar-na betecknar 1 berggrunden, i vilken anläggningen är belägen på ett visst djup under markytan (ej visad). l berggrunden är upptaget ett inre hâlrum, vars kontur är betecknad 3. En halförsedd kropp 4, vars inre bildar förvaríngsutrymme för radioaktivt material, är anordnad i berggrunden inuti hâlrummet 3 på så sätt att utsidan av kroppen 4 överallt befinner sig på avstånd från hâlrummets 3 vägg. Mellanrumrnet mellan hâlrummets 3 väggar och mot kroppen 4 är fyllt med lera 5, såsom bentonit. Hálrummet 3 med bentonitskärmen 5 kan också utgöras av ett naturligt lerlager i berggrunden mot vilket anlägg- ningen anläggas. l lerskärmen 5 kan högkomprimerade bentonitblock införas 8401994-2 10 15 20 25 30 35 som stabiliserande medel. Lös bentonit kan blâsas på de grova bergväggarna för att sedan vandra in i berget och där svälla och täta sprickor.

Hálrummet 3 är helt omslutet av berggrunden 1.

Halrummet 3 har i horisontalsektion företrädesvis cirkulär form. Ellíptisk form kan dock vara aktuell da stor skillnad mellan största och minsta horisontella huvudspänning föreligger. Begränsningsväggarna för hâlrummet 3 sedda i horison- talsektion bildar därvid tvâ koncentriska cirklar eller ellipser. i-lålrummet 3 uttages i enlighet med känd gruvbrytningsteknik med uppåtgäende igensätt- ningsbrytning, varvid accesstunnlar uttages pä lämpliga nivåer.

Kroppen 4, som har en cylindrisk form med konisk topp- och bottehdel, är i sin övre del försedd med ett mottagningsrum 6, som genom en horisontell tunnel 7 står i förbindelse med en mottagningsstation (ej visad) på markytan.

Genom tunneln 7, som lämpligen är försedd med ett antal 'slussar (ej visade), kan det radioaktiva materialet transporteras in i den halförsedda kroppen 4.

Det inre av kroppen 4 omfattar ett centralt vertikalt, cylindriskt schakt 8, från vilket ett antal cylindriska häl 9 sträcker sig i 30-600 vinkel utat nedåt eller utåt uppåt. Vinkeln är härvid angiven som den vinkel som bildas mellan det cylindriska hälets 9 längdaxel och ett horisontellt plan genom anläggningen.

De cylindriska hålen 9 är, i den visade utföríngsformen, anordnade -i skikt om tolv häl 9 i varje skikt, och varvid tva intilliggande skikt är förskjutna l5° i förhållande till varandra. Halen 9 mynnar uppåt i en ringformad, vertikal kanal 10 belägen koncentriskt utanför schaktet 8, och mynnar nedåt via mindre axiella hal 11 i vertikala orter 12. Den ringformade kanalen 10 och orterna 12, vilka samtliga kan vara cylindriska eller koniska, är uppåt förbundna med var- andra via en ringformad horisontell tunnel 13, från vilken orterna 12 är borrade.

Förbindelsen mellan tunneln 13 och kanalen 10 utgöres av ett antal snedställda tunnlar 14. Orterna 12 är i sin nedre del förbundna med varandra via en ringfor- mad tunnel 15. över skikten avlhál 9 finns nagra horisontella orter 16 upptagna, vilka är avsedda för högaktivt, icke-kärnbränsle-material, såsom reaktor-kärl- delar o dyl. Utanför anläggningens hâlrum 3 finns ett antal horisontella, ring- formade eller lutande spiralformade tunnlar 17 upptagna mellan vilka i vertikal- led borrhal 18 är upptagna med ca 1-2 m avstånd från varandra till bildande 10 15 20 25 30 35 8401994-2 av en hydraulisk bur, dvs en rida av borrhal 18, vilka avleder vatten som i berg- grunden strömmar mot och fran anläggningen. Borrhålen 18 utgår från en punkt ovanför anläggningen, och slutar nedtill i ett pumprum 19 beläget centralt under anläggningen. En inre hydraulisk bur kan på samma sätt anordnas mellan halrummet 3 och centrallagret i kroppen 4 medelst borrhâl 20 via en övre och en nedre ringformad tunnel 21, resp 22, samt mottagningsrummet 6 och den ringformade tunneln 15.

Hela den del av kroppen 4 som begränsas av de vertikala schakten 12 kan också utföras som konstbyggnad i stål och betong. Härvid utbrytes ett hâlrum i form av en stående cylinder mellan tunnelnivâerna 15 och 16, i vilket cylindriska hålrum konstbyggnaden placeras.

\ För access till anläggningen under konstruktionen därav finns en tunnel 23 upptagen vilken leder in mot anläggningens övre del, samt en övre ringformad tunnel 24 från vilken vertikala orter 25 uttagíts för access till tunnlarna 17 för deras konstruktion. Från tunnlarna 17 anordnas accesstunnlar för brytning och igenfyllnad av halrummet 3. Orterna 25 tjänar som transportorter för uttaget bergmaterial. För uttransport av en del bergmaterial i samband med uttagandet av hélrummets 3 nedre del finns en horisontell tunnel 26 anordnad under anläggningen. l orterna 25 finns vertikala transportanordningar anordnade i form av hissar och paternosterverk. . _ Vid slutfärdigställandet av anläggningen uttages en mindre tunnel 27 från pump- rummet 19 till en av vertikalorterna 25, genom vilka via rörledningar (ej visade) upp- och borttransport av vatten kan ske.

Som framgar av de vertikala snitten, Fig 1, Pig 3, och Fig 5, är halen 9 utsträck- ta genom kanalen 10 och mynnar i schaktets 8 mantelvägg 28. Mantelväggen 28 är en betongkonstruktion i berget. Vid uttagning av schaktet 8 göres en nedåt- gående borrning med fullortskrona, varvid schaktets bredd samt kanalens 10 bredd samtidigt uttages som ett vertikalt cylinderhál. Därefter gjutes medelst glidformsgjutning uppåt betongväggen 28 .med hälen 9.

Balen 9 är tillslutna mot schaktet 8 medelst höj- och sänkbara luckor 29. 8401994-2 10 15 20 25 30 35 I centralschaktet 8 finns en höj- och sänkbar plattform 30 anordnad, vilken via ett hissmaskineri (ej visat) kan förflyttas i vertikalled från mottagnings- rummet 6 till åtminstone i höjd med det längst ned belägna skiktet av hal 9.

Pâ plattformen 30 är ett laddningsaggregat 31 anordnat, 'vilket består av en cylinder 32 som kan vridas från horisontalställning av dess längdaxel till en snedställning motsvarande halens 9 lutning mot horisontalplanet, dvs så att hålens 9 längdaxel och cylinderns 32 längdaxel kan parallellställas. l cylindern 32 finns ett vinschmaskineri inmonterat. Vid laddning av ett häl 9 intages en kap- sel 33 till mottagningsrummet 6, införes i cylindern 32 varvid den kopplas till vínschen och drages in i cylindern 32. Härefter förflyttas plattformen till önskad nivá och där beläget häl 9, varefter luckan 29 lyftes upp och kapseln 33 sänkes ned i hålet 9. Avståndet mellan väggen 28 och hålet 9 i berggrunden överbryggas härvid av skenor 34, på vilka på kapseln 33 anordnade hjul 35 löper för en friktionsfri nedsänkning av kapseln 33. Skenorna 34 löper lämpligen genom hela hallängden 9. Härigenom kan kapslar 33 också lätt tagas upp ur hälen 9 och förflyttas till annat skikt eller ut ur anläggningen exempelvis för vidare upparbetning efter mellanförvaring.

Den av det lagrade materialet avgivna värmen kommer genom konvektion '" att strömma upp ur balen 9, in i kanalen 10, och via tunnlarna 14 in i ringtun- neln 13.__Dä luften därvid kyles kommer den' sedan att falla nedåt genom orter- na 12 och sugas in genom hälen 11 in i hâlutrymmena 9. Genom att -kanalen 10 är avstängd från schaktet 8 kommer ev. kontaminerad luft ej att beröra schak- tet 8.

Genom att man anlägger borrhâlen 18 kommer vatten som rinner genom makro- och mikrosprickor i berget att ledas runt anläggningen eller ner till dess botten- niva 19 från vilken vattnet kan avlägsnas medelst pumpar via en ledning, om sa erfordras. I vissa fall kan borrhâlen laddas och försprängas för utbildning av sprickor (s k förspräckning) löpande mellan borrhalen. Därvid skulle maximal spríckföring mot och mellan borrhalen kunna uppnås, även om gjorda beräkningar tyder pa att borrhalen i sig medför en fullt tillräcklig hydrologísk barriär.

I det fall anläggningen totalslutits och efter mycket lang tid vattenfyllts kommer borrhâlen 18 att tjäna som förbiledare av vatten som tränger mot centrallagret, 10 15 20 25 30 35 8401994-2 genom att vattnet strävar att söka sig den väg som uppvisar minsta motstånd hellre än att söka passera berg och bentonitbarriären.

Den visade transporttunneln 7 kan vara direkt ansluten till en anläggning för upparbetning av radioaktivt kärnbränsle. Härigenom minskas de risker, som är förenade med transporten av radioaktivt avfall. Tunneln är emellertid icke väsentlig för anläggningen enligt uppfinningen. De olika, ovan angivna schakten kan sålunda upptill mynna i någon lämplig byggnad för mottagning av det radio- aktiva avfallet. Denna byggnad kan vara belägen på markytan eller vara in- sprängd i berget.

I kroppen 4 kan vidare upptagas ett vertikalt schakt eller borrhål, som sträcker sig upp till den horisontella tunneln 7. I detta schakt är anordnade mëtanord- ningar (icke visade) för mätning av temperatur, fuktighet och radioaktiv strål- ning. Dessa mätanordningar kan genom ledningar vara förbundna med indike- ringsorgan i ett lämpligt övervakningsställe.

Byggandet av anläggningen kan ske med användning av väl kända metoder för bergbrytning. Först drives arbets- och transporttunnlar och schakt i berget till de ställen, där de båda hålrummen skall vara belägna. Utbrytningen av de båda hålrummen kan ske nedifrån och uppåt. Hålrummet 3 fylles med bento- nít- och sandblandning allteftersom bergmassan avlägsnas. Bentonitsandbland- ningen packas, så att inga håligheter kvarstår i densamma. I ett område beläget längst ned i hålrummet 3 kan leran ytterligare stabiliseras genom tillsats av lämpligt medel såsom kvartssand för att säkrare kunna uppbära belastningen från bergmassan 4.

Eventuella sprickor i de närmast hålrummet 3 befintliga bergmassorna kan tätas genom injektering med betong eller annat tätningsmaterial, såsom plast- material och torrt bentonitpulver.

Som framgår av Pig 2 och 4 är orterna 12 placerade i ett cirkulärt system varigenom en maximal kylning av bergmaterialet erhålles. Genom att det radio- aktiva materialet placeras så att luft kan passera genom hålen 9 och kanalen 10 uppnås också en primär kylning, vilket medför en mindre belastning på berg- 8401994-2 10 15 20 25 30 35 10 ' materialet än om all värmen skulle avföras genom bergmaterialet.

Hela anläggningens centrala delar kan klädas med helsvetsad stålplát för att man skall stabilisera bergmassan och uppnå en ilhuvudsak gastët konstruktion.

Hâlen 9 kan under ventilationstiden vara isolerade mot det omgivande berget med en cylinder av mineralull. När tvangsventilatíonen avbryts och anläggningen försluts avlägsnas denna isolering. Denna kan då dumpas i centralschaktets 8 nedre del.

Om förskjutningar; sättningar och omlagringar skulle inträffa i berget utanför anläggningen, kommer dessa rörelser i berget att i första hand medföra en deformation av lerskalet 5. Om detta lerskal är tillräckligt tjockt, överföras deformationskrafterna icke i någon högre 'grad till den inre kroppenfll. Icke ens mycket kraftiga deformationer, t ex deformationer orsakade av jordbäv- ningar, kan därför påverka anläggningen i sådan grad att även kroppen 4 sönder- brytas.

Anläggningen förläggas lämpligen på stort djup i berggrunden. Anläggningen som sådan har i här visat exempel en diameter i horisontalsnittet av ca 170 m, varvid själva centrala förvaringskroppen har en diameter av ca 40 m. Utanför denna följer ett ca 40 m brett bergmassiv till ler- eller bentonitbarriëren, varefter kommer ytterligarre berg (15-20 m) till byggnadstunnlarna 1:7, vilka i sig har en bredd av 4-8 m.

Beroende på om anläggningen används för slutförvaring eller mellanförvaring och hur den ventileras för kylning av det radioaktiva materialet kan den i här givet exempel rymma upp till 1.500 ton radioaktivt avfall. Temperaturen inuti bergrummet kan hållas låg vid mellanförvaring om ventilationen är stor.

Beroende på uppnâdd temperatur, packningagrad och andra faktorer kan det i vissa fall vara önskvärt att införa kylt vatten eller annat medium í anlägg- ningen. Härvid kan värmeväxlare placeras i tunneln 13 eller i dess närhet.

Den i anläggningen cirkulerande luften kyles därvid före nedâtströmningen íschakten 12.

Claims (3)

10 15 20 25 8401994-2 ll PATENTKRAV

1. Anläggning för förvaring av radioaktivt material i berg innefattande åtminstone en kropp (4) av 'fast material, som bildar förvaringsutrymme för det radioaktiva materialet, och varvid i berget utanför nämnda kropp (4) är eventuellt upptaget ett hålrum (3) som på alla sidor omgiver nämnda kropp (4) och som är fyllt med ett elastoplastískt, deformerbart material (5), varvid kroppen (4) upptager ett i huvudsak vertikalt schakt (8) samt ett antal i vertikal- led anordnade skikt för förvaring av radioaktivt avfall, varvid varje skikt om- fattar ett antal radiellt från centralschaktets (8) centrumaxel anordnade tubulära orter (9), k ä n n e t e c k n a d av att orternas (9) centrumaxel bildar en spetsig vinkel med centralschaktets (8) centrumaxel, och att ett med central- schaktet (8) koncentriskt, vertikalt ringformat schakt (10) är anordnat intill centralschaktet (8), och att ett antal vertikala orter (12) är anordnade pà avstånd från centralschaktets (8) centrumaxel, varvid det ringformade schaktet (10) och de vertikala orterna (12) är förbundna med varandra i anslutning till central- schaktets övre resp undre del.

2. Anläggning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de tubulära orterna (9) är förbundna med de vertikala orterna (12) via genomgående hål (11).

3. Anläggning enligt krav 1, k ä' n n e t e c k n a d av att runt anläggningens 'halrum (3) finnes en vertikal ridå av borr-hål (18), vilka bildar en yttre bur kring anläggningen, vilken bur har till uppgift att avleda mot och från anläggningen kommande vatten.