TW202044281A - 有害物質貯藏庫系統及方法 - Google Patents

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理查 Ａ 穆勒
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美商深絕公司
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Abstract

儲存核廢棄物之技術包括將複數個核廢棄物部分放置於核廢棄物罐之殼體之內部體積中，該核廢棄物罐經構形以將該等核廢棄物部分儲存於在地下地層中形成之定向鑽孔之有害廢棄物貯藏庫中；利用固體或半固體顆粒物質實質上填充該內部體積內及該複數個核廢棄物部分之間之空隙；及密封該核廢棄物罐之該內部體積，以圍封該複數個核廢棄物部分及該固體或半固體顆粒物質。

Description

有害物質貯藏庫系統及方法
本揭示內容係關於有害物質貯藏庫系統及方法。
有害物質(例如，放射性廢棄物)通常放置於長期、永久或半永久儲存空間中，以防止在所儲存廢棄物附近居住之居民出現健康問題。此有害廢棄物儲存通常在(例如)儲存位置鑑別及圍阻體之保證方面具有挑戰性。例如，認為核廢棄物(例如用過核燃料，無論係來自商用動力反應器、測試反應器，或甚至高階軍事廢棄物)之安全儲存係能源技術之突出挑戰中之一者。長壽命放射性廢物之安全儲存係美國及世界範圍內採用核動力之主要障礙。習用廢棄物儲存方法著重於使用隧道，且由尤卡山(Yucca Mountain)儲存設施之設計例示。其他技術包括鑽鑿於結晶基岩中之鑽孔，包括垂直鑽孔。其他習用技術包括形成隧道，該隧道具有在淺地層中自隧道壁伸出之鑽孔以允許人進出。
在一般實施方案中，核廢棄物罐包括殼體，該殼體至少部分地界定內部體積，該內部體積經定大小以圍封複數個核廢棄物部分並經構形以將該等核廢棄物部分儲存於在地下地層中形成之定向鑽孔之有害廢棄物貯藏庫中；及固體或半固體顆粒物質，其圍封於該殼體之該內部體積中，其至少實質上填充該內部體積內及該複數個核廢棄物部分之間之空隙。
在可與該一般實施方案組合之態樣中，該等核廢棄物部分包括用過核燃料(SNF)總成之複數個SNF棒。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，內部體積經定大小以儲存單一SNF總成。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體或半固體顆粒物質包括固體粉末。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體粉末包括二氧化矽。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體或半固體顆粒物質包括中子吸收物質。
可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括定位於該內部體積內或該殼體之外表面上之撞擊吸收器。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，撞擊吸收器包括可壓碎部件或彈簧部件。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，撞擊吸收器包括低腐蝕物質。
可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括安裝於該殼體之端部之摩擦制動器。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，摩擦制動器利用可樞轉或可旋轉連接安裝至該殼體。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該殼體之端部包括該殼體之井下端。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，摩擦制動器包括經構形以接觸安裝於該定向鑽孔中之套管之表面。
在另一一般實施方案中，儲存核廢棄物之方法包括將複數個核廢棄物部分放置於核廢棄物罐之殼體之內部體積中，該核廢棄物罐經構形以將該等核廢棄物部分儲存於在地下地層中形成之定向鑽孔之有害廢棄物貯藏庫中；利用固體或半固體顆粒物質實質上填充該內部體積內及該複數個核廢棄物部分之間之空隙；及密封該核廢棄物罐之該內部體積以圍封該複數個核廢棄物部分及該固體或半固體顆粒物質。
在可與該一般實施方案組合之態樣中，核廢棄物部分包括SNF總成之複數個用過核燃料(SNF)棒。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，內部體積經定大小以儲存單一SNF總成。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體或半固體顆粒物質包括固體粉末。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體粉末包括二氧化矽。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，固體或半固體顆粒物質包括中子吸收物質。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，核廢棄物罐進一步包括定位於該內部體積內或該殼體之外表面上之撞擊吸收器。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，撞擊吸收器包括可壓碎部件或彈簧部件。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，撞擊吸收器包括低腐蝕物質。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，核廢棄物罐進一步包括安裝於該殼體之端部之摩擦制動器。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，摩擦制動器利用可樞轉或可旋轉連接安裝至該殼體。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該殼體之端部包括該殼體之井下端。
在可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，摩擦制動器包括經構形以接觸安裝於該定向鑽孔中之套管之表面。
可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括將該經密封核廢棄物罐移動至該定向鑽孔之該有害廢棄物貯藏庫中。
可與前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括在該經密封核廢棄物罐穿過該定向鑽孔移動期間減輕在自由下落事件期間該經密封核廢棄物罐之撞擊。
根據本揭示內容之有害物質儲存貯藏庫之實施方案可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，根據本揭示內容之有害物質儲存貯藏庫可允許對位於數千英呎地下、與任何附近的流動水分離之儲存貯藏庫內之有害物質進行多位準圍阻。作為另一實例，根據本揭示內容之有害物質罐的實施方案可承受或減少定向鑽孔內與其他物體(包括其他罐)之碰撞，以減少由於該等碰撞而導致之有害物質的洩漏。作為另一實例，根據本揭示內容之有害物質罐的實施方案可更容易且更有效地裝載放射性廢棄物，例如，不需要完全在熱室(hot room)內完成此裝載。作為另一實例，根據本揭示內容之有害物質儲存貯藏庫可經構造使得自由下落之有害物質罐不會損壞自身或定向鑽孔內之其他物體，甚至與該罐自身之構造無關。
在隨附圖式及下文說明中陳述此揭示內容中所述標的物之一或多項實施方案之細節。根據說明書、圖式及申請專利範圍將明瞭標的物之其他特徵、態樣及優點。
圖1係有害物質儲存貯藏庫系統100之實例性實施方案的示意圖，例如用於有害物質(例如放射性物質，例如可為用過核燃料(SNF)之核廢棄物或高階廢棄物，作為兩個實例)之長期(例如，數十、數百或數千年或更長時間)但可取回之安全及固定儲存之地下位置。舉例而言，此圖圖解說明一或多個有害物質罐126部署於地下地層118中之後之實例性有害物質儲存貯藏庫系統100。如所圖解說明，有害物質儲存貯藏庫系統100包括自地表102並穿過多個地下層112、114、116及118所形成(例如鑽鑿或以其他方式)之鑽孔104。儘管地表102圖解說明為地面，但地表102可為海底或其他水下表面，例如湖底或海底或其他水體下表面。因此，本揭示內容預期鑽孔104可自在水體上或鄰近水體之鑽鑿位置在水體下形成。
在此實例中，所圖解說明之鑽孔104係有害物質儲存貯藏庫系統100之定向鑽孔。例如，鑽孔104包括耦合至弧形或彎曲部分108之實質上垂直部分106，該弧形或彎曲部分繼而耦合至實質上水平部分110。如本揭示內容中所用，「實質上」在鑽孔定向之上下文中係指鑽孔未必完全垂直(例如，完全垂直於地表102)或完全水平(例如，完全平行於地表102)或相對於地表102以特定傾斜角完全傾斜。換言之，垂直鑽孔通常自真正的垂直方向波形偏移，因此其可以偏離真正垂直之角度鑽鑿，且傾斜鑽孔通常自真正的傾斜角波形偏移。此外，在一些態樣中，傾斜鑽孔在鑽孔之長度上可不具有或展現完全一致的傾斜(例如，以度數計)。相反，鑽孔之傾斜在其長度上可有所變化(例如變化1-5度)。如此實例中所圖解說明，鑽孔104之三個部分(即垂直部分106、弧形部分108及水平部分110)形成延伸至地球中之連續鑽孔104。如本揭示內容中所用，鑽孔104 (及所闡述之鑽孔部分)亦可稱為鑽井孔。因此，如本揭示內容中所用，鑽孔及鑽井孔在很大程度上係同義的且係指穿過一或多個不適於人類居住之地下地層形成之鑽孔(即，對於人類而言直徑太小而不適於在其中)。
在此實例中，所圖解說明之鑽孔104具有表面套管120，其經定位並圍繞鑽孔104自地表102設定至地球之特定深度中。舉例而言，表面套管120可係在淺地層中圍繞鑽孔104設定(例如，膠結)之相對大直徑管狀部件(或部件串)。如本文所用，「管狀」可係指具有圓形橫截面、橢圓形橫截面或其他形狀橫截面之部件。舉例而言，在有害物質儲存貯藏庫系統100之此實施方案中，表面套管120自地表延伸穿過表層112。在此實例中，表層112係包含一或多個層狀岩層之地質層。在一些態樣中，在此實例中，表層112可包括或可不包括淡水層、鹽水或鹵水來源或其他流動水來源(例如移動穿過地質地層之水)。在一些態樣中，表面套管120可將鑽孔104與該流動水隔離，且亦可為欲安裝於鑽孔104中之其他套管串提供懸掛位置。此外，儘管未顯示，但導線套管可設定於表面套管120上方(例如在表面套管120與地表102之間且在表層112內)，以防止鑽孔流體逸出至表層112中。
如所圖解說明，生產套管122經定位並設定於表面套管120之井下鑽孔104內。儘管稱為「生產」套管，但在此實例中，套管122可或可不經歷烴生產操作。因此，套管122係指且包括設定(例如膠結)於表面套管120之井下鑽孔104中之任何形式之管狀部件。在有害物質儲存貯藏庫系統100之一些實例中，生產套管122可在弧形部分108之端部開始並延伸至整個水平部分110。套管122亦可延伸至弧形部分108並進入垂直部分106中。
如所顯示，水泥130係圍繞套管120及122定位於(例如泵送)套管120及122與鑽孔104之間之環形物中。水泥130可例如穿過地表102下之地下層固定套管120及122 (及任何其他套管或鑽孔104之襯墊)。在一些態樣中，水泥130可沿套管(例如套管120及122及任何其他套管)之整個長度安裝，或若對於特定鑽孔104而言足夠，則水泥130可沿套管之某些部分使用。水泥130亦可為罐126中之有害物質提供額外拘限層。
鑽孔104及相關套管120及122可形成有各種實例性尺寸及各種實例性深度(例如，真實垂直深度，或TVD)。例如，導線套管(未顯示)可向下延伸至約120英尺TVD，且直徑介於約28 in.與60 in.之間。表面套管120可向下延伸至約2500英尺TVD，且直徑介於約22 in.與48 in.之間。表面套管120與生產套管122之間之中間套管(未顯示)可向下延伸至約8000英尺TVD，且直徑介於約16 in.與36 in.之間。生產套管122可傾斜地延伸(例如以為水平部分110加套)，且直徑介於約11 in.與22 in.之間。上述尺寸僅作為實例提供且本揭示內容預期其他尺寸(例如直徑、TVD、長度)。舉例而言，直徑及TVD可取決於多個地下層(112、114、116及118)中之一或多者之特定地質組成、特定鑽鑿技術以及含有欲存放於有害物質儲存貯藏庫系統100中之有害物質之有害物質罐126之大小、形狀或設計。在一些替代實例中，生產套管122 (或鑽孔104中之其他套管)可為圓形橫截面、橢圓形橫截面或一些其他形狀。
如所圖解說明，鑽孔104之垂直部分106延伸穿過地下層112、114及116且在此實例中在地下層118中著陸。如上文所討論，表層112可或可不包括流動水。在此實例中，流動水層114在表層112下方(儘管表層112亦可包括一或多個流動水或液體來源)。例如，流動水層114可包括一或多個流動水來源，例如淡水層、鹽水或鹵水或其他流動水來源。在有害物質儲存貯藏庫系統100之此實例中，流動水可為基於跨越整個或部分地下層之壓力差移動穿過地下層之水。舉例而言，流動水層114可為透水地質地層，其中水在層114內自由移動(例如由於壓力差或其他因素)。在一些態樣中，流動水層114可為特定地理區域中人類可消耗水之主要來源。可構成流動水層114之岩層的實例包括多孔砂岩及石灰岩以及其他地層。
其他圖解說明之層(例如不透水層116及儲存層118)可包括不流動水。在一些態樣中，不流動水係不適於人類或動物消耗或二者之水(例如淡水、鹽水、鹵水)。在一些態樣中，不流動水可為不能藉由其穿過層116或118 (或二者)之運動在10,000年或更長時間內(例如達1,000,000年)到達流動水層114、地表102或二者之水。
在有害物質儲存貯藏庫系統100之此實例性實施方案中，在流動水層114下方係不透水層116。在此實例中，不透水層116可不允許流動水穿過。因此，相對於流動水層114，不透水層116可具有低滲透率，例如大約毫微達西(nanodarcy)滲透率。另外，在此實例中，不透水層116可為相對非延性(亦即，易碎)地質地層。非延性之一種度量為脆度，其係壓應力與抗拉強度之比率。在一些實例中，不透水層116之脆度可介於約20 Mpa與40 Mpa之間。
如此實例中所示，不透水層116較儲存層118淺(例如更靠近地表102)。在此實例中，可構成不透水層116之岩層包括(例如)展現如上文所述之滲透率及脆度性質之某些種類之砂岩、泥岩、黏土及板岩。在替代實例中，不透水層116可較儲存層118深(例如遠離地表102)。在該等替代實例中，不透水層116可由火成岩(例如花崗岩)構成。
在不透水層116下方係儲存層118。在此實例中，出於若干原因，可選擇儲存層118作為用於儲存有害物質之水平部分110之著陸點。相對於不透水層116或其他層，儲存層118可較厚，例如介於總垂直厚度之約100英尺與200英尺之間。儲存層118之厚度可允許更容易著陸及定向鑽鑿，由此允許水平部分110在構造(例如，鑽鑿)期間容易地安放於儲存層118內。若水平部分110係穿過儲存層118之近似水平中心形成，則其可由約50英尺至100英尺之包含儲存層118之地質地層圍繞。此外，儲存層118亦可(例如)由於層118之極低滲透率(例如，約毫達西或毫微達西)而僅具有非流動水。另外，儲存層118可具有足夠延展性，使得構成層118之岩層之脆度介於約3 MPa與10 MPa之間。可構成儲存層118之岩層的實例包括：頁岩及硬石膏。此外，在一些態樣中，若儲存層具有將透水層與流動水層114隔離之足夠地質性質，則有害物質可儲存於儲存層下方，甚至諸如砂岩或石灰岩之透水地層中。
在有害物質儲存貯藏庫系統100之一些實例性實施方案中，儲存層118 (及/或不透水層116)係由頁岩構成。在一些實例中，頁岩可具有適合上文針對儲存層118所述之彼等之性質。舉例而言，頁岩地層可適合於對有害物質之長期拘限(例如於有害物質罐126中)及其與流動水層114 (例如含水層)及地表102之隔離。頁岩地層可在地球之相對較深處、通常3000英尺或更深處發現，並孤立地置於任何淡水層下方。其他地層可包括鹽層或其他不透水地層。
舉例而言，頁岩地層(或鹽層或其他不透水地層)可包括增強物質之長期(例如，數千年)隔離之地質性質。舉例而言，該等性質已藉助烴流體(例如，氣體、液體、混合相流體)之長期儲存(例如，數千萬年)而無大量分數之該等流體逸出至周圍層(例如，流動水層114)來圖解說明。實際上，頁岩已顯示保持天然氣達數百萬年或更長，此賦予其長期儲存有害物質之經證實能力。實例頁岩地層(例如，瑪西拉頁岩(Marcellus)、鷹堡頁岩(Eagle Ford)、巴內特頁岩(Barnett)及其他)具有層理，該層理含有已有效阻止水、石油及天然氣之移動達數百萬年之許多冗餘密封層，缺乏流動水且預期(例如，基於地質考量)可將有害物質(例如，液體或固體)在存放之後密封達數千年。
在一些態樣中，儲存層118及/或不透水層116之地層可形成洩露屏障或針對流體洩露之屏障層，此可至少部分地由該層對烴或其他流體(例如，二氧化碳)達數百年、數千年、數萬年、數十萬年或甚至數百萬年之儲存能力之證據來判定。舉例而言，基於烴或其他流體儲存之證據，儲存層118及/或不透水層116之屏障層可由有害物質之洩露大於10,000年(例如介於約10,000年與1,000,000年之間)之時間常數來界定。
頁岩(或鹽層或其他不透水層)地層亦可處於(例如)介於3000英尺與12,000英尺間之TVD之適宜深度處。該等深度通常在地下水含水層(例如，表層112及/或流動水層114)下方。此外，頁岩中可溶性元素(包括鹽)之存在與含水層層中該等相同元素之不存在證實頁岩與含水層之間之流體隔離。
可有利地使其自身用於有害物質儲存之頁岩之另一特定品質係其黏土含量，在一些態樣中，其提供大於在其他不透水岩層(例如不透水層116)中發現之延展性之度量。舉例而言，頁岩可係分層的，由薄的交替黏土層(例如，以體積計介於約20%至30%之間的黏土)及其他礦物質構成。此一組成可使得頁岩較不易碎，且因此與不透水層中之岩層(例如，白雲岩或其他)相比較不易破裂(例如，自然地或以其他方式)。舉例而言，不透水層116中之岩層可具有用於有害物質之長期儲存之適宜滲透率，但太易碎且通常會破裂。因此，該等地層可不具有用於有害物質之長期儲存之足夠密封品質(如藉助其地質性質所證明)。
本揭示內容預期在所圖解說明之地下層112、114、116及118之間或當中可存在許多其他層。舉例而言，可存在流動水層114、不透水層116及儲存層118之一或多者之重複型樣(例如，垂直地)。此外，在一些情形中，儲存層118可直接毗鄰(例如垂直地)流動水層114，即，沒有居間不透水層116。在一些實例中，弧形鑽孔108及水平鑽孔110之所有或多個部分可在儲存層118下方形成，使得儲存層118 (例如頁岩或具有如本文所述特徵之其他地質地層)垂直定位於水平鑽孔110與流動水層114之間。
在此實例中，鑽孔104之水平部分110包括有害物質可以可取回之方式放置在其中以長期儲存之部分110之遠端部中之儲存區。舉例而言，工作串(例如，管件、盤繞管件、鋼絲線或其他)或其他井下運輸工具(例如曳引機)可移動至加套鑽孔104中以將一或多個(顯示三個，但可存在更多或更少個)有害物質罐126放置在部分110中之長期、但在一些態樣中可取回之儲存空間中。
每一罐126可圍封有害物質(如物質145所示)。在一些實例中，該有害物質可為生物或化學廢棄物或其他生物或化學有害物質。在一些實例中，有害物質可包括核物質，例如自核反應器(例如商用動力或測試反應器)回收之SNF或軍事核物質。呈核燃料丸形式之用過核燃料可自反應器取得且未經修飾。核燃料丸為固體，但其可含有並排放各種放射性氣體，包括氚(13年半衰期)、氪-85 (10.8年半衰期)及含有C-14之二氧化碳(5730年半衰期)。其他有害物質145可包括(例如)放射性液體，例如來自商用動力(或其他)反應器之放射性水。
在一些態樣中，儲存層118將能夠在層118內含有任何放射性輸出(例如，氣體)，即使此輸出逸出罐126。舉例而言，儲存層118可基於放射性輸出穿過層118之擴散時間進行選擇。舉例而言，可將放射性輸出逸出儲存層118之最小擴散時間設定為(例如)核燃料丸之任何特定組分之半衰期的50倍。作為最小擴散時間之50個半衰期將使放射性輸出之量減少1 x 10-15 倍。作為另一實例，將最小擴散時間設定為30個半衰期將使放射性輸出之量減少十億倍。
舉例而言，鈈-239由於其24,100年之長半衰期而通常被視為SNF中之危險廢棄產物。對於此同位素，50個半衰期將為120萬年。鈈-239在水中具有低溶解性，不揮發，且作為固體，其穿過包含所圖解說明儲存層118之岩層(例如，頁岩或其他地層)之基質的擴散時間極短(例如，數百萬年)。由(例如)頁岩構成之儲存層118可提供具有該等隔離時間(例如，數百萬年)之能力，如由含氣態烴(例如，甲烷及其他)幾百萬年之地質歷史所示。相比而言，在習用核物質儲存方法中，存在一些鈈一旦脫離拘限便可能溶解於包含流動地下水之層中之危險。
在一些態樣中，鑽孔104可經形成用於長期儲存有害物質之主要目的。在替代態樣中，鑽孔104可係先前形成用於烴生產(例如石油、天然氣)之主要目的。舉例而言，儲存層118可為含烴地層，自其產生之烴進入鑽孔104及地表102。在一些態樣中，在烴生產之前，儲存層118可已經液壓破裂。此外，在一些態樣中，生產套管122可在液壓破裂之前已經穿孔。在該等態樣中，生產套管122可經打補丁(例如，膠結)以在有害物質之存放操作之前修復由穿孔程序造成之任何孔。另外，亦可在彼時間填充套管與鑽孔之間的水泥中的任何裂縫或開口。
如圖1中進一步顯示，回填物質140可經定位或循環進入鑽孔104中。在此實例中，回填物質140圍繞罐126且可具有沿孔向上延伸至鑽孔密封件134 (例如，永久填塞器、塞或其他密封件)處或其附近之位準。在一些態樣中，回填物質140可吸收放射性能量(例如γ射線或其他能量)。在一些態樣中，回填物質140可具有相對較低導熱率，由此充當罐126與套管之間之絕熱體。
如圖1中進一步顯示，另一回填物質150可定位於或放置於罐126中之一或多者內以圍繞有害物質145。在一些態樣中，回填物質150可吸收放射性能量(例如γ射線或其他能量)。在一些態樣中，回填物質150可具有相對較低導熱率，由此充當有害物質145與罐126之間之絕熱體。在一些態樣中，回填物質150亦可為罐126提供補強屬性，例如減少可破碎性、變形或對罐126之其他損壞。
在一些態樣中，系統100之先前所述組件中之一或多者可組合以形成有害廢棄物質貯藏庫100之工程屏障。舉例而言，在一些態樣中，工程屏障包含以下組件中之一個、一些或所有：儲存層118、套管130、回填物質140、罐126、回填物質150、密封件134及有害物質145自身。在一些態樣中，工程屏障組件中之一或多者可起以下作用(或經工程化以起以下作用)：防止或減少鑽孔104中之腐蝕，防止或減少有害物質145之逸出；減少或阻止一或多種其他組分之熱降解；及其他安全措施以確保有害物質145不會到達流動水層114 (或表層112，包括地表102)。
圖2係根據本揭示內容之有害物質罐200之示意圖。在一些態樣中，有害物質罐200可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所示之有害物質罐126。在一些態樣中，有害物質罐200可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐200可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。在安放過程期間，有害物質罐200可在運輸纜線(例如鋼絲線纜線)上移動至定向鑽孔104中。當有害物質罐200穿過定向鑽孔104之垂直部分106下降時，存在支撐罐200之纜線(或罐200與纜線之間之連接)可發生故障之可能性。一旦發生故障，罐200將在定向鑽孔104之垂直部分106中加速向下(例如，自由下落) (例如穿過鑽孔104中之流體)。
若定向鑽孔104具有過渡部分108 (例如自垂直部分106至水平或近似水平鑽孔部分之過渡)之起斜點，則罐200將減慢並最終停止於水平鑽孔部分110中。然而，若有害物質儲存貯藏庫系統100先前填充有其他有害物質罐200，則自由下落之罐200將撞擊靜止罐200，從而導致對兩個有害物質罐200之損壞。若罐200內部之有害廢棄物質(例如核廢棄物)具有高放射性，則存在此物質釋放至鑽孔部分110中之危險，此可潛在地導致釋放至周圍地下地層118中且可能此一地層或其他地層(例如，地下地層112)中之流動水中。有害物質罐200之所圖解說明之實施方案包括一或多個特徵，該等特徵可例如減少或防止由於在深定向鑽孔104中之自由下落而對罐200造成之潛在損壞。舉例而言，在自由下落及/或與鑽孔104中之另一物體撞擊期間，有害物質罐200可維持其結構完整性及其作為有害物質釋放之「工程屏障」之價值。
如圖2中所示，有害物質罐200包括殼體202，該殼體包含中間部分204，頂部(或蓋) 206及底部208耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積212。在此實例中，有害物質係包括SNF棒214之一或多個SNF總成210。在實例性實施方案中，將物質216 (例如顆粒或微粒)安放於罐200之內部體積212內(圍繞SNF總成210 (或多個總成210)且甚至SNF棒214)。此物質216可為砂石或另一顆粒物質(統稱為「砂石」)且可放置於罐200中以填充SNF總成210 (或棒214)周圍之空隙。舉例而言，在有害物質為包含SNF棒(整體或部分)之SNF總成之情形中，則SNF棒214僅佔罐200之內部體積212之約1/3或更少。對罐200之突然撞擊(例如由於自由下落事件)可導致SNF棒214屈曲並斷裂。在一些情況下，當SNF棒214之正面(底部或井下)端突然停止(例如由於碰撞)時，發生屈曲(在自由下落情況下)。SNF棒214之其餘部分初始由於動量繼續向下。若SNF棒214係完全對稱的，則SNF棒214將壓縮，但通常存在輕微的對稱性偏差，且因此SNF棒214易於彎曲。在此減速情況下，彎曲變得不穩定且彎曲快速增加，直至SNF棒214斷裂。
為防止屈曲，有害物質罐200之多個態樣可為SNF棒214之各側提供最小支撐。在一些情形中，固持SNF棒214之SNF總成210之結構提供橫向支撐。但是，更大之抗屈曲性可藉由用物質216 (例如，砂石或其他相對緻密物質)填充SNF總成210中之空隙來獲得。在一些態樣中，物質216可為二氧化矽、黏土、壓碎的岩石、水泥、環氧樹脂或其他固體粉末。物質216在碰撞中為SNF棒214之各側提供支撐，以防止或幫助防止SNF棒214屈曲。在一些態樣中，由於初始水平屈曲力較小，因此防止屈曲可不需要極強之物質，故可使用許多物質。
在替代態樣中，可使用液體或凝膠作為物質216以填充內部體積212中未被SNF總成210佔據之空隙。液體或凝膠相對於固體可提供較小抗屈曲性。
物質216可達成其他目的。舉例而言，若有害廢棄物(即，SNF總成210)具有足夠濃度之可分裂物質(例如U-235或Pu-239)，則可存在「臨界事故」之危險；亦即，該等同位素之間發生鏈反應。水之存在可增加此危險，此乃因水充當「減速劑」，其減慢中子速度並增加中子將觸發分裂之可能性。若物質216含有適宜量之中子吸收劑，則其可降低此風險。該等吸收劑係硼、鎘及鈷，作為一些實例。該等可作為金屬或化合物包括(例如作為顆粒、固體或液體物質216之一部分)。
減輕或幫助減輕在定向鑽孔104中運輸及安放期間對SNF總成210之損壞的物質216可起到額外功能。舉例而言，物質216可具有熱傳導品質，其有效地允許熱自SNF 210傳遞至殼體202 (且最終傳遞至地質環境)。諸如石英/砂石及/或膨潤土或兩者以某一合適比例之混合物之物質可作為物質216或混入物質216中起到此功能。兩者均具有合適的導熱特性。石英/膨潤土混合物之導熱性可維持有害物質罐200內部之較低溫度。
作為另一實例，在一些態樣中，利用膨潤土作為物質216或與物質216混合，物質216可包括放射性核種吸附品質。另外，藉由維持有害物質罐200內部之較低溫度，該等較低溫度可阻止膨潤土自膨潤石型轉變為伊萊石型黏土。此一轉變係時間及/或溫度依賴性的，且一旦其發生，膨潤土便不再具有將水併入層間結構之能力。膨潤土亦可失去吸收及阻滯放射性核種之全部或一部分能力。
在一些態樣中，並非膨潤土成為物質216或成為物質216之一部分，而是可將一或多種沸石與物質216之石英砂(或代替砂石)混合。舉例而言，沸石係多孔之環狀結構矽酸鹽礦物且可用作分子篩。沸石可經製造及定製以具有不同大小之結構孔，以有效地陷獲不同的放射性核種。存在「摻雜」有(銀) Ag+離子之沸石，其經特定設計以允許I-離子(碘離子)進入沸石結構。當I-離子與Ag+鍵結以形成AgI時，較大之分子大小不可逆地將碘陷獲於沸石中，此有效地固定碘。其他沸石可以類似方式靶向不同放射性核種。
在一些態樣中，在有害物質罐200之內部體積212中納入物質216 (例如砂石)亦可防止罐200在岩石崩塌之情形下崩塌(例如由周圍地下地層造成之水平鑽孔部分110之崩塌，包括套管(若有))。舉例而言，當有害物質罐200填充有物質216時，物質216可提供極強抗壓碎性。因此，當將強力施加至罐200時(例如來自崩塌岩石)，罐200由於物質216對崩塌之抗性而不會彎曲。
如圖2中所示，有害物質罐200之實例性實施方案亦包括撞擊吸收器250，其包括減震器252，其藉助連接至殼體之接頭256 (例如藉助延伸部258)耦合至有害物質罐200之殼體202。如所顯示，減震器252定位於罐200之底部(井下)端。在一些態樣中，減震器252可替代地構建於殼體202之底部208中或作為其之一部分。減震器252可吸收罐200與(例如)鑽孔104中之另一有害物質罐、套管122 (如此圖中所示)或其他物體之自由下落碰撞中之撞擊。在一些態樣中，減震器252亦可減輕自由下落罐200之加速度，以免正面(井下)端受到衝擊。在一些態樣中，如所顯示，撞擊吸收器252可為或包括在減震器252內部或圍繞減震器252之可壓碎材料或彈簧254。
在一些態樣中，撞擊吸收器252可確保或幫助確保罐200在下降至定向鑽孔104中期間之安全。舉例而言，當罐200在水平鑽孔部分110之貯藏庫中之適當位置時，可不存在持續下落之危險，因此可不再需要減震器252。當安放罐200時，減震器252 (以及接頭256及延伸部258)可成為作為可在套管122內產生氫氣之腐蝕點之不利因素。在諸如鑽孔104之密封環境中，此腐蝕可因腐蝕體積膨脹而導致壓力增加。出於該等原因，在一些態樣中，減震器252 (及其他所圖解說明之組件)可由低腐蝕物質製得。可能的物質包括石墨、鈦、碳化鎢鈷或鎳-鉻化合物(例如Inconel)。
在一些態樣中，撞擊吸收器252亦可包括或充當摩擦制動器。例如，當有害物質罐200在充滿流體之套管(具有鑽孔部分106中所顯示之流體260)中自由下落(如箭頭262所示)時，罐200可因對抗傾倒而不穩定。在一些情形中，傾斜使罐200之正面(井下)端與套管122接觸。在高速度下落時，在此接觸點處之摩擦可導致局部發熱，且可在罐200上施加力，從而可損壞罐之完整性。撞擊吸收器252 (或附接至減震器252之單獨摩擦制動器)可包括如所顯示附接至罐200之殼體202之外部的摩擦制動器。舉例而言，罐200之正面(井下)端處最容易與套管122摩擦之區段可包括摩擦制動器，以在自由下落之情形中(或其他情況)減輕摩擦對罐200造成之損壞。摩擦制動器亦可利用摩擦減慢下落罐200之加速度。在一些態樣中，充當摩擦制動器(或減震器252之單獨摩擦制動器組件)之撞擊吸收器252之一部分可彎曲(以使摩擦最小化)，或粗糙或尖銳以使摩擦最大化，並為下落罐200之速度提供更強限制。
在一些態樣中，摩擦制動器可為殼體202之一部分(例如在井下端)。若制動器係剛性附接至罐200，則旋轉將係罐200之旋轉的延伸。如所顯示，摩擦制動器(作為撞擊吸收器252或其他部件之一部分)亦可利用允許相對旋轉之接頭256附接至罐200。
圖3A係根據本揭示內容之有害物質罐300之示意圖。在一些態樣中，有害物質罐300可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所顯示之有害物質罐126。在一些態樣中，有害物質罐300可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐300可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。在安放過程期間，有害物質罐300可在運輸纜線(例如鋼絲線纜線)上移動至定向鑽孔104中。當有害物質罐300穿過定向鑽孔104之垂直部分106下降時，存在支撐罐300之纜線(或罐300與纜線之間之連接)可發生故障之可能性。一旦發生故障，罐300將在定向鑽孔104之垂直部分106中加速向下(例如，自由下落) (例如穿過鑽孔104中之流體)。此外，儘管圖3A中未特定顯示，但有害物質罐300可包括如參照圖2所述之某些組件，例如物質216及撞擊吸收器252 (有或沒有摩擦制動器)。
若定向鑽孔104具有過渡部分108 (例如自垂直部分106至水平或近似水平鑽孔部分之過渡)之起斜點，則罐300將減慢並最終停止於水平鑽孔部分110中。然而，若有害物質儲存貯藏庫系統100先前填充有其他有害物質罐300，則自由下落之罐300將撞擊靜止罐300，從而導致對兩個有害物質罐300之損壞。若罐300內部之有害廢棄物質(例如核廢棄物)具有高放射性，則存在此物質釋放至鑽孔部分110中之危險，此可潛在地導致釋放至周圍地下地層118中且可能此一地層或其他地層(例如，地下地層112)中之流動水中。有害物質罐300之所圖解說明之實施方案包括一或多個特徵，該等特徵可例如減少或防止由於在深定向鑽孔104中之自由下落而對罐300造成之潛在損壞。舉例而言，在自由下落及/或與鑽孔104中之另一物體撞擊期間，有害物質罐300可維持其結構完整性及其作為有害物質釋放之「工程屏障」之價值。
如圖3A中所示，有害物質罐300包括殼體302，該殼體包含中間部分304，頂部(或蓋) 306及底部308耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積312。在此實例中，有害物質係包括SNF棒(此處未特定顯示)之一或多個SNF總成310。如所顯示，有害物質罐300亦包括附接(例如徑向圍繞罐300)至殼體302之兩個或以上扶正器314。在一些態樣中，存在三個附接至殼體302並徑向間隔120°之扶正器314。
在此實例中，每一扶正器314包括間隔器(亦稱為「臂」) 316，該等間隔器經彈簧加載或可部署以加偏壓於(例如)套管122，如所示。在此實例中，外接有害物質罐300之扶正器314在部署罐300期間操作以將罐300固持在垂直鑽孔部分106 (及其他鑽孔部分)之徑向中心線318附近，以在罐300與套管122之間提供空間。因此，在操作期間，扶正器314之臂316經加偏壓或部署以接觸套管122並使罐300之徑向中心線與中心線318對齊。在此實例中，扶正器臂314可由彈簧鋼製得或藉由彈簧向外加偏壓於套管122上。在一些態樣中，扶正器314可藉助與套管122之摩擦接觸降低下落罐300在自由下落中可達到之速度，由此在鑽孔部分106中之流體319內產生與自由下落(由重力引起)相反之摩擦力。
圖3B係根據本揭示內容之有害物質罐320之示意圖。在一些態樣中，有害物質罐320可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所示之有害物質罐126。在一些態樣中，有害物質罐320可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐320可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。在安放過程期間，有害物質罐320可在運輸纜線(例如鋼絲線纜線)上移動至定向鑽孔104中。在有害物質罐320穿過定向鑽孔104之垂直部分106下降時，存在支撐罐320之纜線(或罐320與纜線之間之連接)可發生故障之可能性。一旦發生故障，罐320將在定向鑽孔104之垂直部分106中加速向下(例如，自由下落) (例如穿過鑽孔104中之流體)。此外，儘管圖3B中未特定顯示，但有害物質罐320可包括如參照圖2所述之某些組件，例如物質216及撞擊吸收器252 (有或沒有摩擦制動器)，以及參照圖3A所述之某些組件，例如扶正器314。
若定向鑽孔104具有過渡部分108 (例如自垂直部分106至水平或近似水平鑽孔部分之過渡)之起斜點，則罐320將減慢並最終停止於水平鑽孔部分110中。然而，若有害物質儲存貯藏庫系統100先前填充有其他有害物質罐320，則自由下落之罐320將撞擊靜止罐320，從而導致對兩個有害物質罐320之損壞。若罐320內部之有害廢棄物質(例如核廢棄物)具有高放射性，則存在此物質釋放至鑽孔部分110中之危險，此可潛在地導致釋放至周圍地下地層118中且可能此一地層或其他地層(例如，地下地層112)中之流動水中。有害物質罐320之所圖解說明之實施方案包括一或多個特徵，該等特徵可例如減少或防止由於在深定向鑽孔104中之自由下落而對罐320造成之潛在損壞。舉例而言，在自由下落及/或與鑽孔104中之另一物體撞擊期間，有害物質罐320可維持其結構完整性及其作為有害物質釋放之「工程屏障」之價值。
如圖3B中所示，有害物質罐320包括殼體322，該殼體包含中間部分324，頂部(或蓋) 326及底部328耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積332。在此實例中，有害物質係包括SNF棒(此處未特定顯示)之一或多個SNF總成330。在此實例中，有害物質罐320亦包括耦合至殼體322之井下端之圓盤(亦稱為制動器) 334。因此，在此實例中，自由下落中之有害物質罐320之速度可由鑽孔106中相對於在自由下落期間罐穿過鑽孔106之運動之高流速液體336驅動之制動器334來限制或減小。
如圖3B中所示，制動器334 (其可由與殼體322相同之物質或不同物質製得)可具有較罐320之徑向截面積大之徑向截面積。舉例而言，在一些態樣中，制動器334之直徑可小於套管122之直徑，但幾乎與其一樣大。然而，在一些態樣中，制動器334之大小(及制動器334之表面光潔度)可使得套管122之內表面中的小不連續性不妨礙罐之放置(例如，正常的受控運動)。此可藉由使制動器334之外邊緣(例如，最靠近套管122之徑向圓周邊緣)為撓性(例如，較薄)或犧牲性的(若遇到障礙，小部分折斷)來達成。
在一些態樣中，制動器334及一或多個扶正器(例如扶正器314)可用於有害物質罐320上以增加罐320在自由下落中之制動力。例如，關於制動原理，快速流動之液體336可在制動器334上提供力，且然後制動器334可使扶正器314之臂316以更大的力部署。在一些態樣中，臂316中之一或多者可連接至制動器334；因此，施加至制動器334上之力可促使臂316接觸套管122，或若已經接觸，則以更大的力(例如垂直於套管122)抵靠套管122。在一些態樣中，制動器334可不係剛性地附接至殼體322，而是可沿殼體322軸向保持一些運動，例如以推動扶正器314之臂316。
圖3C係根據本揭示內容之有害物質罐340之示意圖。在一些態樣中，有害物質罐340可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所示之有害物質罐126。在一些態樣中，有害物質罐340可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐340可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。在安放過程期間，有害物質罐340可在運輸纜線(例如鋼絲線纜線)上移動至定向鑽孔104中。當有害物質罐340穿過定向鑽孔104之垂直部分106下降時，存在支撐罐340之纜線(或罐340與纜線之間之連接)可發生故障之可能性。一旦發生故障，罐340將在定向鑽孔104之垂直部分106中加速向下(例如，自由下落) (例如穿過鑽孔104中之流體)。此外，儘管圖3C中未特定顯示，但有害物質罐340可包括如參照圖2所述之某些組件，例如物質216及撞擊吸收器252 (有或沒有摩擦制動器)，以及參照圖3B所述之某些組件，例如制動器334。
若定向鑽孔104具有過渡部分108 (例如自垂直部分106至水平或近似水平鑽孔部分之過渡)之起斜點，則罐340將減慢並最終停止於水平鑽孔部分110中。然而，若有害物質儲存貯藏庫系統100先前填充有其他有害物質罐340，則自由下落之罐340將撞擊靜止罐340，從而導致對兩個有害物質罐340之損壞。若罐340內部之有害廢棄物質(例如核廢棄物)具有高放射性，則存在此物質釋放至鑽孔部分110中之危險，此可潛在地導致釋放至周圍地下地層118中且可能此一地層或其他地層(例如，地下地層112)中之流動水中。有害物質罐340之所圖解說明之實施方案包括一或多個特徵，該等特徵可例如減少或防止由於在深定向鑽孔104中之自由下落而對罐340造成之潛在損壞。舉例而言，在自由下落及/或與鑽孔104中之另一物體撞擊期間，有害物質罐340可維持其結構完整性及其作為有害物質釋放之「工程屏障」之價值。
如圖3C中所示，有害物質罐340包括殼體342，該殼體包含中間部分344，頂部(或蓋) 346及底部348耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積351。在此實例中，有害物質係包括SNF棒(此處未特定顯示)之一或多個SNF總成350。在此實例中，有害物質罐340亦包括兩個或以上防墜器352，該等防墜器藉助(例如)外接殼體342之圓周之環356耦合至殼體342。因此，在此實例中，自由下落中之有害物質罐340之速度可由鑽孔106中相對於在自由下落期間罐穿過鑽孔106之運動之高流速液體354驅動之防墜器352來限制或減小。
在此實例中，防墜器352在前端(例如在罐340之井下端)可較寬。防墜器352之較寬部分或「翼」可受到一定力，該力將防墜器352及環356之連接點向上推動，且因此可推動防墜器352更緊密抵靠套管122之內表面，或通常在自由下落事件期間展開防墜器352以在罐340上產生更多曳力。流體354作用於防墜器352上之力亦可提供力以減小自由下落期間罐340之加速度。
圖3D係根據本揭示內容之有害物質罐360之示意圖。在一些態樣中，有害物質罐360可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所示之有害物質罐126。在一些態樣中，有害物質罐360可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐360可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。在安放過程期間，有害物質罐360可在運輸纜線(例如鋼絲線纜線)上移動至定向鑽孔104中。在有害物質罐360穿過定向鑽孔104之垂直部分106下降時，存在支撐罐360之纜線(或罐360與纜線之間之連接)可發生故障之可能性。一旦發生故障，罐360將在定向鑽孔104之垂直部分106中加速向下(例如，自由下落) (例如穿過鑽孔104中之流體)。此外，儘管圖3D中未特定顯示，但有害物質罐360可包括如參照圖2所述之某些組件，例如物質216及撞擊吸收器252 (有或沒有摩擦制動器)，以及參照圖3A、3B或3C所述之某些組件，例如扶正器314、制動器334及/或防墜器352。
若定向鑽孔104具有過渡部分108 (例如自垂直部分106至水平或近似水平鑽孔部分之過渡)之起斜點，則罐360將減慢並最終停止於水平鑽孔部分110中。然而，若有害物質儲存貯藏庫系統100先前填充有其他有害物質罐360，則自由下落之罐360將撞擊靜止罐360，從而導致對兩個有害物質罐360之損壞。若罐360內部之有害廢棄物質(例如核廢棄物)具有高放射性，則存在此物質釋放至鑽孔部分110中之危險，此可潛在地導致釋放至周圍地下地層118中且可能此一地層或其他地層(例如，地下地層112)中之流動水中。有害物質罐360之所圖解說明之實施方案包括一或多個特徵，該等特徵可例如減少或防止由於在深定向鑽孔104中之自由下落而對罐360造成之潛在損壞。舉例而言，在自由下落及/或與鑽孔104中之另一物體撞擊期間，有害物質罐360可維持其結構完整性及其作為有害物質釋放之「工程屏障」之價值。
如圖3D中所示，有害物質罐360包括殼體362，該殼體包含中間部分364，頂部(或蓋) 366及底部368耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積372。在此實例中，有害物質係包括SNF棒(此處未特定顯示)之一或多個SNF總成370。在此實例中，有害物質罐360亦包括泡沫(例如自然膨脹以填充空間之多孔物質)覆蓋物374，該泡沫覆蓋物係圍繞罐360之殼體362之所有、大部分或一些形成或附接(例如黏附地)。在此實例中，泡沫覆蓋物374覆蓋殼體362外部之大部分，例如所有但蓋366除外。在替代實施方案中，泡沫覆蓋物374可覆蓋較少殼體362 (例如僅井下端或部分)或多達整個殼體362。
在一些態樣中，泡沫覆蓋物374可具有足夠撓性，以使套管122中之小不連續性可壓縮泡沫並允許將罐360安放於水平鑽孔部分110中。泡沫覆蓋物374亦可提供對鑽孔流體376之流體流動的阻力。由於液體對物體之力(在高雷諾數(Reynold’s number)極限下)與物體穿過液體之速度的平方成正比，因此，當罐360緩慢降低至垂直鑽孔部分106中時，流體376可以很小阻力流動穿過泡沫覆蓋物374及/或圍繞在該泡沫覆蓋物流動。然而，若罐360係自由下落，則泡沫覆蓋物374之阻力迅速增加，且此增加流動之液體376對泡沫覆蓋物374之力，此繼而起到降低罐360之加速度的作用。由泡沫覆蓋物374圍繞之罐360的極限速度可實質上小於不包括泡沫覆蓋物374之有害物質罐的極限速度。
在一些實施方案中，泡沫覆蓋物374可由與殼體362 (所有或部分)相同(或類似)之耐腐蝕物質製得。舉例而言，金屬物質(例如發泡金屬)可用於泡沫覆蓋物374。在一些態樣中，關於有害物質罐之實例性實施方案闡述之其他組件亦可由泡沫物質(例如發泡金屬)製得。例如，撞擊吸收器252及/或制動器334之全部或一部分可由泡沫物質製得(與泡沫覆蓋物374一樣)。
圖4A-4B係根據本揭示內容之有害物質罐400之示意圖。圖4A顯示罐400之示意圖，而圖4B顯示罐400之一部分之細節。在一些態樣中，有害物質罐400可用作圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中所示之有害物質罐126。此外，在一些態樣中，關於圖2及3A-3D闡述之特徵亦可在圖4A中所示之有害物質罐400中實施。如在將罐126安放於圖1之有害物質儲存貯藏庫系統100中之實例性過程中所述，有害物質罐400可放置於人類無法居住之深定向鑽孔(例如，鑽孔104)中以長期(例如，即使不是數千年，亦有數百年)儲存。
在一些態樣中，有害物質罐400可圍封並儲存核或放射性廢棄物，例如SNF或高階廢棄物。舉例而言，當有害物質(例如核廢棄物，例如用過核燃料或高階廢棄物)加載於有害物質罐400中(例如用於儲存於人類無法居住之深定向鑽孔)時，罐密封必須確保抵抗即使微小洩漏。習用地，此係藉由焊接蓋、隨後進行目視及放射線檢查並在需要時進行焊接修補來完成。在核廢棄物之情況中，若這一切均係在「熱室(hot cell)」(例如，可收集任何逸出之放射性核種並安全地移除而不會以不期望方式逃離室之室)中完成，則該熱室必須較大且能夠併入包括焊接在內之所有任務。此大型熱室可極為昂貴，特別地若其設計為可攜式的以在多個地點使用。
在一些態樣中，將(例如)用過核燃料加載於有害物質罐400中且然後密封罐400可以將為將持續數千年之放射性核種之逸出提供屏障之方式進行。所關注之大多數用過核燃料均位於冷卻池或乾燥桶、大型混凝土及鋼容器中，該等提供用過燃料發射之γ輻射的安全性。用過核燃料係由主要由二氧化鈾組成之丸粒組成，但丸粒中含有大量的高放射性分裂碎片、超鈾元素(例如鈈及鋂)以及在燃料在核反應器中時所產生之其他放射性元素。為防止放射性同位素釋放至環境(例如，在熱室外部)，可需要自池或乾燥桶中取出燃料總成並將該燃料總成放置於罐中進行處置。在燃料總成內，放射性同位素被拘限於通常由金屬合金(例如鋯合金)製成之稱為包覆層之長管中。包覆層提供放射性同位素之隔離，且安全地將棒移入罐中之主要問題在於，包覆層可失去完整性，例如，包覆層中可能存在針孔或裂紋，從而使放射性核種逸出。出於彼原因，轉移通常在熱室中進行。燃料棒中之微孔可使得例如放射性氪-85洩露。可能洩露之其他放射性同位素包括氚氣(一或兩個氫原子經H3 替代之氫氣)、氯-36及在高溫下易揮發之物質(例如碘)。另外，若存在足夠大的孔或若包覆層具有實質損壞，則可自丸粒中分離出並形成灰塵之燃料丸粒之小顆粒可能洩漏。
舉例而言，當將燃料總成或燃料丸放置於罐之開口殼體中，同時促進殼體上之兩個或更多個蓋(或蓋帽)之密封時，有害物質罐400提供防止放射性同位素逸出之安全性。在一些態樣中，蓋中之至少一者可在熱室之外部密封至罐之殼體。舉例而言，如所顯示，有害物質罐400包括殼體402，該殼體包含中間部分404，頂部(或蓋) 406a及406b以及底部408耦合至該中間部分(例如在圍封有害廢棄物之後)以形成內部體積412。在此實例中，有害物質係包括SNF棒(此處未特定顯示)之一或多個SNF總成410。
如圖4B中更特定顯示，有害物質罐400包括密封件，該密封件包括兩個單獨屏障。舉例而言，內蓋406b可附接至有害物質罐400之殼體402。在一些態樣中，內蓋406b係藉由(例如)機械附接(例如螺紋附接)可移除地附接至殼體404。舉例而言，如所顯示，螺紋416可形成於殼體402之中間部分404之徑向內表面之一部分上。螺紋420亦可形成於內蓋406b之徑向邊緣上以與殼體402配合(例如以螺紋方式)。如所顯示，內蓋406b之直徑可小於外蓋406a之直徑(及殼體402在螺紋416處之直徑)。
在該等實例中，內蓋406b不能以需要破壞內蓋406b或殼體402之一部分以移除內蓋406b之方式半永久地(例如焊接)處於適當位置。其他實例性可移除附接技術包括使用熔化金屬焊料或黏合劑。內蓋附接可為將罐400自熱室移出提供足夠安全性，但不能為核廢棄物410處置之長期需求提供足夠安全性。在一些態樣中，在將有害物質罐400放置於深定向鑽孔中之有害廢棄物貯藏庫中(例如在系統100中)之後，內蓋406b可保持在原位。
在一些態樣中，內蓋406b不能提供長時間(例如，即使不是數千年，亦有數百年)防止放射性廢棄物洩漏之密封，而係可促進有害物質罐400自熱室之移出。如圖4B中所示，密封件418 (例如墊片，例如金屬墊片)可定位於內蓋406b與中間部分404之間(例如在中間部分404之肩部422處)。在一些態樣中，墊片418藉由內蓋406b之機械放置而處於足夠壓力下，使得墊片418為殼體402提供內蓋406b之密封，從而為放射性物質自SNF總成410之逸出提供屏障。
如所顯示，肩部422可將體積412之儲存部分(例如，在肩部422下方朝向底部408)與螺紋部分416分開。如所顯示，在此實例中，該儲存部分具有小於螺紋部分416之直徑。
如所顯示，在附接內蓋406b之後，將外蓋406a附接至殼體402。在一些態樣中，外蓋406a可藉由包括半永久性密封件(例如，藉由將外蓋406a焊接至殼體402)來提供對抗放射性廢棄物自SNF總成410之不期望洩漏的較大安全性。如此實例中所示，藉由(例如)旋轉焊接在外蓋406a與殼體402之頂部徑向邊緣之間產生焊接414。儘管並非必需的，但有害物質罐400之組件中之一或多者(例如殼體402以及蓋406a及406b)可由類似材料(或相同材料)製得，例如耐腐蝕合金(例如CRA-625)。
在一些態樣中，有害物質罐400 (具有附接之內蓋406b)可自熱室移出，使得外蓋406a可密封至罐400之殼體404。在一些態樣中，外蓋406a可如監管機構所要求經證實提供「工程屏障」。
在有害物質罐400之實例性操作中，SNF總成410放置於殼體402 (例如其在頂部端打開且利用底部408圍封)之內部體積412中。SNF總成410之放置可在熱室中進行。隨後，且仍在熱室中，可將內蓋406b附接(例如，螺紋連接)至殼體402，以將SNF總成410密封於體積412內。然後，有害物質罐400可離開熱室，其中僅內蓋406b在適當位置(即，不是外蓋406a)。在熱室外部，可將外蓋406a附接至殼體402 (例如藉由旋轉焊接或以其他方式)。然後可將密封之有害物質罐400運輸以安放於有害廢棄物貯藏庫系統中，例如系統100。
圖5係包括安全滑道部分502之有害物質儲存貯藏庫500之實例性實施方案之示意圖。如圖5中所示，有害物質儲存貯藏庫500之某些組件與圖1之有害物質儲存貯藏庫100相同，例如自地表102穿過地下地層112至118形成之人類無法居住之深定向鑽孔104。如所顯示，定向鑽孔(或鑽井孔) 104包括耦合至過渡或弧形鑽孔部分108之垂直鑽孔部分106。過渡鑽孔108耦合至水平鑽孔部分110。在此實例中，水平鑽孔部分110相對於「水平」傾斜，使得耦合至過渡鑽孔108之鑽孔部分110之第一端較與該第一端相對之部分110之第二端深(例如大於TVD)。或者，水平鑽孔110可接近或完全水平。在一些態樣中，定向鑽孔104之全部或一部分可包括在適當位置膠結之套管。
亦如參照圖1所述，圍封有害物質(例如核廢棄物，例如SNF或高階廢棄物)之有害物質罐126可安放於水平鑽孔部分110之第二端處之儲存區504中。如本揭示內容中所述，有害物質罐126之安放可包括藉由(例如)井下運輸工具(例如曳引機)或藉由由盤繞管件或工作串(例如，螺紋管)施加之力將罐126移動至儲存區504中。
在一些傾斜中，在將罐126降低至定向鑽孔104中時，特定罐126可意外地自井下運輸工具釋放。此可能係由於將罐126固持於運輸工具之閂鎖發生故障或其他原因造成。然後，罐126可以增加之速度沿鑽孔104之垂直部分106下降。此存在罐126可與(例如)先前放置之罐碰撞並損壞且將有害物質釋放至鑽孔104 (及周圍地下地層112-118)中之危險。在一些態樣中，罐126之一或多個特徵可減輕或防止此損壞，例如如圖2及3A-3D中所示。
在一些態樣中，有害物質儲存貯藏庫500可以基於其設計(有害物質罐126或其他罐之設計)進行操作，以使釋放之罐126安全停止，避免與可能損壞罐126 (或鑽孔中之其他物體)之任何物體碰撞或有害物質自損壞罐126之釋放。如所顯示，有害物質儲存貯藏庫500包括安全滑道502，其係水平鑽孔部分110之一部分。安全滑道502具有足夠長度或傾斜度(或二者)，遠離水平方向(例如朝向地表102)，或二者兼有，以安全地將不適當地或意外釋放(及自由下落)之罐126擱置於鑽孔部分110內，而不會破壞性地接觸已安放於儲存區504中之一或多個有害物質罐126。
在一些態樣中，可根據在所構造定向鑽孔(例如，鑽孔104或類似的「測試」鑽孔)中使用之一或多個測試罐(示出為有害物質罐526)來確定足夠長度及/或足夠傾斜度，該所構造定向鑽孔包括在鑽孔104之水平部分110的至少一部分中形成之儲存區(例如，儲存區504)。舉例而言，在將任何有害物質在深定向鑽孔之儲存區中就位之前，可將一或多個測試罐526自地表插入鑽孔之垂直部分，並有意地允許其自由地落入並穿過鑽孔之垂直部分。測試罐526在所有關鍵參數上均可與圍封廢棄物(例如高階放射性廢棄物或用過核燃料)之有害廢棄物罐之參數相同，惟測試罐526將圍封無害物質(例如與建議之有害廢棄物具有相同或相似重量)。因此，測試罐526可在重量、重量分佈及表面性質(例如，液體流動之摩擦係數及粗糙度)方面與處置罐匹配。包括垂直部分、彎曲部分以及水平或近似水平之部分在內的鑽孔可填充與將處置罐插入其中時存在之相同流體或氣體(若尚未填充此流體)。在一些態樣中，「測試」鑽孔可基於測試罐526之成功測試(且在一些態樣中，滿足適合作為有害廢棄物貯藏庫之其他準則)轉變為定向鑽孔104。
測試罐526穿過鑽孔中之流體下落，隨著其下落而加速，且測試罐526可達到最終速度，此時速度將保持近似恆定。可能無法明確地計算最終速度，此乃因測試罐周圍之流體流動可能處於亂流範圍中，且在該等條件下，沒有足夠的分析方法來確定此速度。最終速度可藉由使用近似方法及/或數值模擬來估計；該等表明，1000 kg測試罐526之最終速度將為約10米/秒(在此處之實例中)。然而，測試罐526之實際速度亦可在定向鑽孔之垂直部分內自由下落期間量測。
當測試罐526進入彎曲部分且然後水平(或近似水平)部分時，其可因流體阻力及與鑽孔之壁(或套管)的摩擦而減慢。測試罐526可行進之距離至少部分地取決於最終速度、罐526外部之摩擦係數及定向鑽孔之水平部分的向上傾斜度(若有)。可確定「停止距離」(亦稱為安全滑道)，該距離係測試罐在鑽孔之水平部分中行進直至罐變為零速度(即自自由下落停止)為止之距離。
作為實例，若測試罐526之最終速度係10米/秒(m/s)且摩擦係數k為0.1，則停止距離將為約25米。在一些態樣中，根據因次分析，停止距離將與最終速度的平方大約成正比。因此，包括儲存區之鑽孔之水平部分的長度可確定為儲存有害廢棄物罐之貯藏庫(即，儲存區)之長度加上停止距離(或安全滑道)。例如，對於鑽孔之1 km水平部分，25米可為停止距離部分(即，安全滑道)，留下975米用於貯藏庫長度。在此實例中，僅存在4%損失(即，安全滑道長度與鑽孔水平部分之儲存區之長度的百分比)。作為另一實例，對於3 km水平部分長度及25米安全滑道部分，儲存區中之罐容量僅減少1.33%。
作為另一實例，若測試罐526之最終速度為20 m/s，則安全滑道之長度將為原來的約4倍，且減少之罐容量將增加大約四倍。可藉由使一或多個測試罐526落入鑽孔中來實驗地調整及確定該等估計。
如參照圖5所示及闡述，有害物質儲存貯藏庫500包括朝向地表102向上傾斜之水平鑽孔部分110 (例如由此使鑽孔104類似於「j-型」或「管匠」陷阱)。若水平部分110之一部分向上傾斜，則停止距離可更短，此乃因測試罐526將由於重力以及摩擦而減慢。舉例而言，若最終速度為10 m/s，則僅重力可使罐上升5米即停止。在一些態樣中，水平部分110之傾斜部分(以及自鑽孔104之彎曲部分108至水平部分110之傾斜部分之過渡)可與測試罐526上之流體阻力及摩擦力一起作用以減少安全滑道502之長度。
在一些態樣中，一旦測試罐526進入定向鑽孔之彎曲部分，其最終速度便可降低。舉例而言，重力可不再在運動方向上(即，垂直向下)作用於罐上，此減小使罐526移動穿過鑽孔之重力。當罐進入彎曲部分時，罐可以與水平成約30°定向，且因此不垂直向下。重力可減小約一半，且最終速度可減小約30%。當最終速度減小30%時，安全滑道之長度則繼而減小50%。因此，罐526在鑽孔之彎曲部分中之減慢可導致安全滑道長度之顯著減少。
在一些態樣中，可利用其他技術以縮短安全滑道502之長度。舉例而言，罐126 (或鑽孔104中之套管)之表面可有意地粗糙化以增加摩擦係數k；此粗糙化亦可以增加流體動力阻滯力之方式影響罐126與套管(例如套管122)之間之流體流動。然而，在一些情形中，該粗糙化同樣可藉由增加亂流來降低流體動力學阻滯力。
在一些態樣中，有害物質儲存貯藏庫500之罐容量係由可安放於儲存區504內之有害物質罐126之數量決定。因此，水平部分110可包括儲存區504 (例如由安放罐126之體積界定)及安全滑道502 (例如由未安放罐126之體積界定)。在一些態樣中，安全滑道部分位於彎曲部分與水平部分相交之鑽孔之位置處或其附近(例如，定向鑽孔之「踵部」附近)，而儲存區位於定向鑽孔之「趾部」附近(如圖5中所示)。在一些態樣中，安全滑道部分之長度可至少部分地基於鑽孔中有害廢棄物罐之估計最終速度、罐與鑽孔(或鑽孔中之套管)之間的摩擦係數及在一些情形中鑽孔之水平部分之至少一部分自水平之傾斜偏離確定。在一些態樣中，安全滑道部分之長度可至少部分地基於鑽孔中有害廢棄物罐之記錄最終速度、測試罐與鑽孔(或鑽孔中之套管)之間的摩擦係數及在一些情形中鑽孔之水平部分之至少一部分自水平之傾斜偏離確定。在一些態樣中，安全滑道部分之長度可至少部分地基於允許在鑽孔內自由下落之測試罐之記錄停止位置確定，其中此一停止位置係鑽孔之水平部分內距鑽孔之彎曲部分之特定距離(即，安全滑道距離)。
在一些態樣中，經形成以包括用於儲存(或處置)圍封核廢棄物之罐之儲存區以及安全滑道之定向鑽孔可允許將多個罐快速遞送至貯藏庫中。舉例而言，安全滑道可減少或消除因在鑽孔內自由下落之罐而使一或多個罐受損之危險。因此，初始有害廢棄物罐(或一組罐)可藉由自地面釋放一或多個罐並允許以最終速度快速下降穿過鑽孔之大部分安放於鑽孔之水平部分之儲存區中。初始罐或一組罐然後將停在鑽孔之水平部分中。
在上文所提及之快速遞送過程之一些態樣中，井下曳引機530(利用動力源)可附接至罐(或一組罐內之一個罐)。僅在罐已停止時，井下曳引機530才可伸展其車輪以使其與鑽孔之壁(或鑽孔中之套管)。或者，曳引機車輪可在罐自由下落期間伸展，且曳引機車輪與鑽孔(或套管)之間之阻力可降低下降罐之速度。
一旦該罐(或多個罐)已靜止，曳引機530便將推動或牽拉罐至有害廢棄物貯藏庫內之期望位置。舉例而言，重約1噸之罐可需要約1000牛頓(Newton)之來自井下曳引機530之推動力。推動罐行進1 km之距離之能量可由重量小於2 kg之小型電池組(例如1.5 kg鋰離子電池組)供應。
井下曳引機530可保留在原處，或其可程式化以移動返回進出孔。在實例性實施方案中，然後將井下曳引機530取回至地面。在其他實例性實施方案中，井下曳引機530使用與鑽孔鑽孔(或套管)接觸之車輪向上爬行並自孔離開。對於10 kg曳引機(包括電池組)，爬升所需之額外能量將為約30 kWh，遠小於將罐推動1千米所需之能量。在一些態樣中，井下曳引機530可附接至通信電纜，該通信電纜將始終指示其位置。此通信電纜之重量將較輕，且其可延長，以便在罐下落時不會對其施加任何力。
在本揭示內容之其中安全滑道長度藉助測試罐526落入鑽孔中來確定之一些態樣中，在第一測試罐526落下並取回之後，然後使一組測試罐526落入鑽孔中。一組測試罐526可如鐵路車輛連接在一串車輛中一樣連接。第二組測試罐526可經設計(藉由增加質量及長度)以更深地滑入處置區。實施此測試之後，並將一組測試罐526移出(或保留在原處)，含有有害物質之一組罐126可落入鑽孔中並藉由其速度將其運送至儲存區之更遠部分。其行進距離將取決於其最終速度，最終速度繼而取決於其質量、大小、形狀及摩擦係數。
儘管本說明書含有許多具體實施方案細節，但該等細節不應視為對任何發明或可主張之範圍的限制，而應視為特定發明之特定實施方案所特有之特徵的描述。亦可將本說明書中在單獨實施方案之上下文中闡述之某些特徵以組合實施於單一實施方案中。相反地，亦可將在單一實施方案之上下文中闡述之各種特徵單獨地或以任一適合子組合之形式實施於多個實施方案中。此外，儘管上文可將特徵闡述為以某些組合形式起作用且甚至最初係如此主張的，但在一些情形中，可將來自所主張組合之一或多個特徵自該組合移除，且所主張組合可針對子組合或子組合之變化形式。
類似地，儘管在圖式中以特定次序繪示操作，但不應將此理解為需要以所顯示之特定次序或以順序次序執行該等操作或執行所有所圖解說明之操作以達成期望結果。在某些情形下，多任務及並行處理可係有利的。此外，上文所闡述之實施方案中之各種系統組件之分開不應理解為在所有實施方案中均需要此分開，而應理解為所闡述之程式組件及系統通常可一起整合於單一軟體產品中或封裝至多個軟體產品中。
根據本揭示內容之第一實例性實施方案包括有害物質儲存系統，其包括延伸至地球中並包括至少鄰近地表之入口之鑽孔。該鑽孔包括實質上垂直部分、彎曲部分及水平部分，該水平部分包括在該鑽孔之該水平部分之第一部分內形成之有害廢棄物貯藏庫，該有害廢棄物貯藏庫藉由岩層與包括流動水之地下區帶垂直隔離，以及在除該有害廢棄物貯藏庫以外且毗鄰該彎曲部分之該水平部分之第二部分內形成之安全滑道，該安全滑道由特定長度界定。該系統進一步包括至少一個定位於該有害廢棄物貯藏庫中之有害廢棄物罐。該罐經定大小以適合於自鑽孔入口穿過鑽孔之垂直、彎曲及水平部分並進入該有害廢棄物貯藏庫。該有害廢棄物罐包括經定大小以圍封有害物質之內腔。
在可與第一實例性實施方案組合之態樣中，該有害廢棄物包括核廢棄物。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該核廢棄物包括用過核燃料或高階放射性廢棄物中之至少一者。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，特定長度係至少部分地基於該有害廢棄物罐或測試罐在自由下落事件中自垂直部分並穿過彎曲部分進入水平部分中之行進距離確定。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，行進距離至少部分地基於在自由下落事件期間有害廢棄物罐或測試罐之最終速度及有害廢棄物罐或測試罐與鑽孔之間之摩擦係數。
可與第一實例性實施方案進一步之前述態樣中之任一者組合之另一態樣包括在該彎曲部分與該水平部分之間耦合之該鑽孔之傾斜部分。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，特定長度係至少部分地基於有害廢棄物罐或測試罐在自由下落事件中自垂直部分並穿過彎曲及傾斜部分進入水平部分中之行進距離確定。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，行進距離至少部分地基於在自由下落事件期間有害廢棄物罐或測試罐之最終速度、有害廢棄物罐或測試罐與鑽孔之間之摩擦係數及傾斜部分之傾斜角。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該傾斜部分自該彎曲部分朝向地表成角度。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該至少一個有害廢棄物罐排他地定位於該有害廢棄物貯藏庫中且在該安全滑道之外部。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該至少一個有害廢棄物罐包括複數個有害廢棄物罐。
在可與第一實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該複數個有害廢棄物罐中之每一者排他地定位於該有害廢棄物貯藏庫中且在該安全滑道之外部。
可與第一實例性實施方案進一步之前述態樣中之任一者組合之另一態樣包括定位於該鑽孔中將該有害廢棄物貯藏庫與該鑽孔之入口隔離之密封件。
根據本揭示內容之第二實例性實施方案包括儲存有害廢棄物之方法，其包括移動有害廢棄物罐穿過延伸至地表中之鑽孔之入口。該入口至少鄰近地表，且有害廢棄物罐包括圍封有害廢棄物之內腔。該方法進一步包括移動該有害廢棄物罐穿過該鑽孔之垂直部分並穿過該鑽孔之彎曲部分；將該有害廢棄物罐自該彎曲部分移動穿過該鑽孔之該水平部分之第一部分，該第一部分包括由特定長度界定之安全滑道；及將該有害廢棄物罐自該鑽孔之該水平部分之該第一部分移動至該鑽孔之該水平部分之第二部分，該第二部分包括有害廢棄物貯藏庫。該有害廢棄物罐經定大小以適於自該鑽孔入口穿過該鑽孔之垂直、彎曲及水平部分。該有害廢棄物貯藏庫藉由岩層與包括流動水之地下區帶垂直隔離。
在可與第二實例性實施方案組合之態樣中，有害廢棄物包括核廢棄物。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，核廢棄物包括用過核燃料或高階放射性廢棄物中之至少一者。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該特定長度係至少部分地基於該有害廢棄物罐或測試罐在自由下落事件中自垂直部分並穿過彎曲部分進入水平部分中之行進距離確定。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，行進距離至少部分地基於在自由下落事件期間有害廢棄物罐或測試罐之最終速度及有害廢棄物罐或測試罐與鑽孔之間之摩擦係數。
可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括在該彎曲部分與該水平部分之間耦合之該鑽孔之傾斜部分。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，特定長度係至少部分地基於有害廢棄物罐或測試罐在自由下落事件中自垂直部分並穿過彎曲及傾斜部分進入水平部分中之行進距離確定。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，行進距離至少部分地基於在自由下落事件期間有害廢棄物罐或測試罐之最終速度、有害廢棄物罐或測試罐與鑽孔之間之摩擦係數及傾斜部分之傾斜角。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該傾斜部分自該彎曲部分朝向地表成角度。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，至少一個有害廢棄物罐排他地定位於該有害廢棄物貯藏庫中且在該安全滑道之外部。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該至少一個有害廢棄物罐包括複數個有害廢棄物罐。
在可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該複數個有害廢棄物罐中之每一者排他地定位於該有害廢棄物貯藏庫中且在該安全滑道之外部。
可與第二實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括使將該有害廢棄物貯藏庫與該鑽孔之入口隔離之密封件定位於該鑽孔中。
根據本揭示內容之第三實例性實施方案包括核廢棄物罐，該核廢棄物罐包括殼體，該殼體包括封閉端及與該封閉端相對之開口端。該殼體界定內部體積，該內部體積經定大小以固持至少一個核廢棄物部分。殼體經構形以將核廢棄物儲存於人類無法居住之定向鑽孔中。該罐包括可在該封閉端與該開口端之間附接至該殼體以產生內部體積之第一密封之第一蓋；及可在該開口端處或附近附接至該殼體以產生內部體積之第二密封之第二蓋。
在可與第三實例性實施方案組合之態樣中，該核廢棄物部分包括用過核燃料總成。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，外殼體包括耐腐蝕合金。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，耐腐蝕合金包括CRA 625。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，第一蓋經構形以機械附接至該殼體。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，第一蓋經構形以螺紋附接至該殼體。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該殼體包括內表面，該內表面包括在該開口端與該封閉端之間之螺紋部分。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，內表面包括在該封閉端與該螺紋部分之間之光滑部分。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，內部體積包括在內表面之光滑部分處之第一橫截面尺寸及在內表面之螺紋部分處大於第一橫截面尺寸之第二橫截面尺寸。
可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括定位於該殼體之一部分與該第一蓋之間之墊片。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該墊片包括金屬墊片。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該第二蓋可在該開口端處附接至該殼體。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該第二蓋可利用焊接在該開口端處或附近附接至該殼體。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該焊接包括旋轉焊接。
在可與第三實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該第一蓋可在熱室內附接至該殼體，且該第二蓋可在熱室外部附接至該殼體。
根據本揭示內容之第四實例性實施方案包括用於容納核廢棄物之方法，該方法包括將至少一個核廢棄物部分放置於核廢棄物罐之殼體之內部體積中。該殼體包括封閉端及與該封閉端相對之開口端。該殼體經構形以將核廢棄物儲存於人類無法居住之定向鑽孔中。該方法進一步包括在該封閉端與開口端之間將第一蓋附接至該殼體以產生該內部體積之第一密封；及在該開口端處或附近將第二蓋附接至該殼體以產生該內部體積之第二密封。
在可與第四實例性實施方案組合之態樣中，該核廢棄物部分包括用過核燃料總成。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，外殼體包括耐腐蝕合金。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，耐腐蝕合金包括CRA 625。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，附接該第一蓋包括將該第一蓋機械附接至該殼體。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，機械附接該第一蓋包括將該第一蓋螺紋附接至該殼體。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，將該第一蓋螺紋附接至該殼體包括將該第一蓋旋擰至在該開口端與該封閉端之間包括螺紋部分之內表面。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該內表面包括在該封閉端與該螺紋部分之間之光滑部分。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該內部體積包括在內表面之光滑部分處之第一橫截面尺寸及在內表面之螺紋部分處大於第一橫截面尺寸之第二橫截面尺寸。
可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括定位於該殼體之一部分與該第一蓋之間之墊片。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該墊片包括金屬墊片。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，在該開口端處或附近將該第二蓋附接至該殼體包括在該開口端處將該第二蓋附接至該殼體。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，附接該第二蓋包括在該開口端處或附近將該第二蓋焊接至該殼體。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，焊接該第二蓋包括將該第二蓋旋轉焊接至該殼體。
在可與第四實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，附接該第一蓋之步驟發生於熱室內且附接該第二蓋之步驟發生在該熱室外部。
根據本揭示內容之第五實例性實施方案包括核廢棄物處置系統，其包括核廢棄物罐，該核廢棄物罐包括殼體，該殼體界定經定大小以圍封核廢棄物之內部體積。該核廢棄物罐經構形以將該核廢棄物儲存於地表下之地下地層中之人類無法居住之定向鑽孔中。該系統進一步包括安裝於核廢棄物罐上之自由下落限制裝置，其經構形以在該罐在該鑽孔中之自由下落運動期間減慢該罐之速度。
在可與第五實例性實施方案組合之態樣中，該核廢棄物包括用過核燃料。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該用過核燃料包括至少一個用過核燃料總成。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括安裝於該核廢棄物罐上之扶正器。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該扶正器包括複數個可伸展臂，其經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間徑向調整遠離殼體以接觸鑽孔。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該複數個可伸展臂經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間至少部分地基於作用於該等臂上之流體力徑向調整遠離殼體。
可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括安裝於該罐之井下端上之圓盤。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該圓盤經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該等臂上之流體力。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括一或多個安裝於該罐之井下端上之防墜器臂。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該等防墜器臂經經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該等臂上之流體力。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括安裝於該罐上之泡沫部件。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該泡沫部件經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該泡沫部件上之流體力。
可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括至少一個安裝於該罐上之撞擊吸收器。
在可與第五實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該撞擊吸收器係安裝於該罐之井下端上。
根據本揭示內容之第六實例性實施方案包括阻止自由下落之核廢棄物罐之方法，該方法包括使核廢棄物罐在纜線上穿過定向鑽孔自地表朝向地下區帶移動，該核廢棄物罐經構形以儲存核廢棄物；及基於該核廢棄物罐在自纜線分離時經歷自由下落事件，利用安裝於該核廢棄物罐上之自由下落限制裝置限制罐在鑽孔中之自由下落速度。
在可與第六實例性實施方案組合之態樣中，該核廢棄物包括用過核燃料。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該用過核燃料包括至少一個用過核燃料總成。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括安裝於該核廢棄物罐上之扶正器。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，限制該罐於該鑽孔中之自由下落速度包括在該罐於鑽孔中自由下落運動期間徑向調整該扶正器上之複數個可伸展臂以接觸該鑽孔。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該複數個可伸展臂經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間至少部分地基於作用於該等臂上之流體力徑向調整遠離該殼體。
可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括安裝於該罐之井下端上之圓盤。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該圓盤經構形以在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該等臂上之流體力。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括一或多個安裝於該罐之井下端上之防墜器臂。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，限制該罐在該鑽孔中之自由下落速度包括在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該等臂上之流體力。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，該自由下落限制裝置包括安裝於該罐上之泡沫部件。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，限制該罐在該鑽孔中之自由下落速度包括在該罐於鑽孔中自由下落運動期間增加作用於該泡沫部件上之流體力。
可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣進一步包括至少一個安裝於該罐上之撞擊吸收器。
在可與第六實例性實施方案之前述態樣中之任一者組合之另一態樣中，撞擊吸收器係安裝於該罐之井下端上。
已闡述若干個實施方案。然而，將理解，可在不背離本發明之精神及範圍之情況下做出各種修改。舉例而言，儘管根據本揭示內容之有害物質罐的許多實例性實施方案包括為圓形或橢圓形之橫截面，但預期其他形狀，例如正方形或矩形。而且，本文所述之實例性操作、方法或過程可包括較所述之彼等更多之步驟或更少之步驟。此外，可以與圖中所述或所圖解說明之順序不同的順序實施該等實例性操作、方法或過程中之步驟。因此，其他實施方案亦在隨附申請專利範圍之範圍內。
100:有害物質儲存貯藏庫系統/實例性有害物質儲存貯藏庫系統/系統/有害廢棄物質貯藏庫 102:地表 104:鑽孔/連續鑽孔/加套鑽孔/定向鑽孔/深定向鑽孔 106:實質上垂直部分/垂直部分/鑽孔部分/鑽孔/垂直鑽孔部分 108:弧形或彎曲部分/弧形部分/弧形鑽孔/過渡部分/過渡或弧形鑽孔部分/過渡鑽孔/彎曲部分 110:實質上水平部分/水平部分/水平鑽孔/部分/水平鑽孔部分/鑽孔部分 112:地下層/表層/地下地層 114:地下層/流動水層/層 116:地下層/不透水層/層 118:地下地層/地下層/儲存層/層 120:表面套管/套管 122:生產套管/套管 126:有害物質罐/罐/特定罐/釋放之罐/損壞罐 130:水泥/套管 134:鑽孔密封件/密封件 140:回填物質 145:有害物質/物質 150:另一回填物質/回填物質 200:有害物質罐/罐/自由下落罐/靜止罐/下落罐 202:殼體 204:中間部分 206:頂部(或蓋) 208:底部 210:SNF總成/總成/SNF 212:內部體積 214:SNF棒/棒 216:物質/顆粒、固體或液體物質 250:撞擊吸收器 252:撞擊吸收器/減震器 254:彈簧 256:接頭 258:延伸部 260:流體 262:箭頭 300:有害物質罐/罐/自由下落罐/靜止罐/下落罐 302:殼體 304:中間部分 306:頂部(或蓋) 308:底部 310:SNF總成 312:內部體積 314:扶正器/扶正器臂 316:間隔器/臂 318:徑向中心線/中心線 319:流體 320:有害物質罐/罐/自由下落罐/靜止罐 322:殼體 324:中間部分 326:頂部(或蓋) 328:底部 330:SNF總成 332:內部體積 334:圓盤/制動器 336:高流速液體/快速流動之液體 340:有害物質罐/罐/自由下落之罐/靜止罐 342:殼體 344:中間部分 346:頂部(或蓋) 348:底部 350:SNF總成 351:內部體積 352:防墜器 354:高流速液體/流體 356:環 360:有害物質罐/罐/自由下落之罐/靜止罐 362:殼體 364:中間部分 366:頂部(或蓋) 368:底部 370:SNF總成 372:內部體積 374:泡沫覆蓋物 376:鑽孔流體/流體/流動之液體 400:有害物質罐/罐 402:殼體 404:中間部分/殼體 406a:頂部(或蓋)/外蓋/蓋 406b:頂部(或蓋)/內蓋/蓋 408:底部 410:SNF總成/核廢棄物 412:內部體積/體積 414:焊接 416:螺紋/螺紋部分 418:密封件/墊片 420:螺紋 422:肩部 500:有害物質儲存貯藏庫 502:安全滑道部分/安全滑道 504:儲存區 526:有害物質罐/測試罐/罐 530:井下曳引機/曳引機
圖1係根據本揭示內容包括一或多個有害物質罐之有害物質儲存貯藏庫之實例性實施方案的示意圖。
圖2及3A-3D係根據本揭示內容有害物質罐之實例性實施方案的示意圖。
圖4A-4B係根據本揭示內容有害物質罐之另一實例性實施方案的示意圖。
圖5係根據本揭示內容包括安全滑道部分之有害物質儲存貯藏庫之實例性實施方案的示意圖。
100:有害物質儲存貯藏庫系統/實例性有害物質儲存貯藏庫系統/系統/有害廢棄物質貯藏庫
102:地表
104:鑽孔/連續鑽孔/加套鑽孔
106:實質上垂直部分/垂直部分
108:弧形或彎曲部分/弧形部分/弧形鑽孔
110:實質上水平部分/水平部分/水平鑽孔/部分
112:地下層/表層
114:地下層/流動水層/層
116:地下層/不透水層/層
118:地下地層/地下層/儲存層/層
120:表面套管/套管
122:生產套管/套管
126:有害物質罐/罐
130:水泥/套管
134:鑽孔密封件/密封件
140:回填物質
145:有害物質/物質
150:另一回填物質/回填物質

Claims (28)

  1. 一種核廢棄物罐，其包含： 殼體，其至少部分地界定內部體積，該內部體積經定大小以圍封複數個核廢棄物部分且經構形以將該等核廢棄物部分儲存於在地下地層中形成之定向鑽孔之有害廢棄物貯藏庫中；及 固體或半固體顆粒物質，其圍封於該殼體之該內部體積中且至少實質上填充該內部體積內及該複數個核廢棄物部分之間之空隙。
  2. 如請求項1之核廢棄物罐，其中該等核廢棄物部分包含用過核燃料(SNF)總成之複數個SNF棒。
  3. 如請求項2之核廢棄物罐，其中該內部體積經定大小以儲存單一SNF總成。
  4. 如請求項1之核廢棄物罐，其中該固體或半固體顆粒物質包含固體粉末。
  5. 如請求項4之核廢棄物罐，其中該固體粉末包含二氧化矽。
  6. 如請求項1之核廢棄物罐，其中該固體或半固體顆粒物質包含中子吸收物質。
  7. 如請求項1之核廢棄物罐，其進一步包含位於該內部體積內或該殼體之外表面上之撞擊吸收器。
  8. 如請求項7之核廢棄物罐，其中該撞擊吸收器包含可壓碎部件或彈簧部件。
  9. 如請求項7之核廢棄物罐，其中該撞擊吸收器包含低腐蝕物質。
  10. 如請求項1之核廢棄物罐，其進一步包含安裝於該殼體之端部之摩擦制動器。
  11. 如請求項10之核廢棄物罐，其中該摩擦制動器係利用可樞轉或可旋轉連接安裝至該殼體。
  12. 如請求項10之核廢棄物罐，其中該殼體之該端部包含該殼體之井下端。
  13. 如請求項10之核廢棄物罐，其中該摩擦制動器包含經構形以接觸安裝於該定向鑽孔中之套管之表面。
  14. 一種用於儲存核廢棄物之方法，其包含： 將複數個核廢棄物部分放置於核廢棄物罐之殼體之內部體積中，該核廢棄物罐經構形以將該等核廢棄物部分儲存於在地下地層中形成之定向鑽孔之有害廢棄物貯藏庫中； 利用固體或半固體顆粒物質實質上填充該內部體積內及該複數個核廢棄物部分之間之空隙；及 密封該核廢棄物罐之該內部體積，以圍封該複數個核廢棄物部分及該固體或半固體顆粒物質。
  15. 如請求項14之方法，其中該等核廢棄物部分包含用過核燃料(SNF)總成之複數個SNF棒。
  16. 如請求項15之方法，其中該內部體積經定大小以儲存單一SNF總成。
  17. 如請求項14之方法，其中該固體或半固體顆粒物質包含固體粉末。
  18. 如請求項17之方法，其中該固體粉末包含二氧化矽。
  19. 如請求項14之方法，其中該固體或半固體顆粒物質包含中子吸收物質。
  20. 如請求項14之方法，其中該核廢棄物罐進一步包含位於該內部體積內或該殼體之外表面上之撞擊吸收器。
  21. 如請求項20之方法，其中該撞擊吸收器包含可壓碎部件或彈簧部件。
  22. 如請求項20之方法，其中該撞擊吸收器包含低腐蝕物質。
  23. 如請求項14之方法，其中該核廢棄物罐進一步包含安裝於該殼體之端部之摩擦制動器。
  24. 如請求項23之方法，其中該摩擦制動器利用可樞轉或可旋轉連接安裝至該殼體。
  25. 如請求項23之方法，其中該殼體之該端部包含該殼體之井下端。
  26. 如請求項23之方法，其中該摩擦制動器包含經構形以接觸安裝於該定向鑽孔中之套管之表面。
  27. 如請求項14之方法，其進一步包含將該經密封核廢棄物罐移動至該定向鑽孔之該有害廢棄物貯藏庫中。
  28. 如請求項27之方法，其進一步包含在該經密封核廢棄物罐穿過該定向鑽孔移動期間減輕在自由下落事件期間該經密封核廢棄物罐之撞擊。
TW109105772A 2019-02-21 2020-02-21 有害物質貯藏庫系統及方法 TW202044281A (zh)

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