ОБОРОТНЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ НИЗКОАКТИВНЫХ И СРЕДНЕАКТИВНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
REVERSE TRANSPORT CONTAINER FOR LOW AND INTERMEDIATE LEVEL RADIOACTIVE WASTE

Изобретение относится к ядерной технике в области обращения с низкоактивными и среднеактивными радиоактивными отходами такими, как источники альфа-, бета-, гамма- и нейтронного излучения, а так же с кислотами с наведенной активностью и может быть использовано для сбора, формирования, временного и длительного хранения, транспортировки для захоронения в приповерхностных или глубокого заложения подземных сооружениях, а также в химической и нефтегазовой промышленности, для перевозки опасных токсиканов и кислот.
Известен контейнер бетонный для длительного хранения и транспортировки радиоактивных отходов [RU 2195724 С2, МПК G21F 5/005 (2000.01), опубл. 27.12.2002], содержащий корпус, крышку, выполненную под углубление в верхней части корпуса и закрепленную на корпусе клиновыми замками. Корпус выполнен в виде восьмигранной призмы с чередующимися узкими и широкими гранями, причем на узких гранях выполнены углубления под захватные устройства, а в центре наружной части днища корпуса имеется выступ, наружные габариты которого меньше габаритов углубления в верхней части корпуса. Крышка снабжена конусным отверстием, расположенным меньшим диаметром наружу, с пробкой, в которой имеется анкерный болт. Зазор между крышкой и корпусом загерметизирован бетоном, причем расстояние между верхним краем корпуса и крышкой меньше высоты указанного выступа на днище.
После загрузки в этот контейнер радиоактивных отходов, установки крышки и запирания клиновых замков производят заполнение зазора между крышкой и корпусом гипсоглиноземистым расширяющимся цементом, который при выгрузке радиоактивных отходов из контейнера перед снятием крышки необходимо удалять. Такая операция очень трудоемка и радиационно опасна. При этом будут нарушены уплотняющие поверхности крышки и корпуса, а, следовательно, сам контейнер становится не ремонтно-пригодным и не может быть оборотным.
Известен контейнер сталежелезобетонный герметичный для хранения, транспортировки и захоронения радиоактивных отходов [RU 2315379 С1, МПК G21F 5/005 (2006.01), G21F 5/12 (2006.01), опубл. 20.01.2008], содержащий корпус, крышку, установленную в углубление верхней части корпуса с образованием зазора между их боковыми стенками для укладки герметизирующего материала, а также противоположно расположенные по периметру корпуса клиновые замки, цилиндрические опоры которых расположены на корпусе, а клиновые на крышке и соединены клиньями. Опоры замков установлены на плоских стальных основаниях, заанкерованных в железобетонные конструкции корпуса и крышки, а упомянутый зазор между корпусом и крышкой выполнен расширяющимся книзу и имеет зазор в верхней части 20÷30 мм.
После загрузки радиоактивных отходов в такой контейнер, установки крышки и запирания клиновых замков, производят заполнение зазора между крышкой и корпусом герметизирующим материалом, который при выгрузке радиоактивных отходов из контейнера перед снятием крышки необходимо удалить. Эта операция трудоемка и радиационно опасна, при этом, будут нарушены уплотняющие поверхности крышки и корпуса, сам контейнер становится неремонтопригодным, и, следовательно, не может быть оборотным.
Известен контейнер универсальный крупнотоннажный транспортный контейнер для низкоактивных радиоактивных отходов [RU 104367 U1, МПК G21F 5/14 (2006.01), опубл. 10.05.2011], обладающий экранирующим действием по отношению к радиоактивному излучению, который снабжен дверью с уплотнителями по периметру, оснащен наружным покрытием для обеспечения защиты от атмосферных воздействий с возможностью обработки их дезактивирующими составами, снабжен внутренним покрытием, которое выполнено из тонколистовой нержавеющей стали. Причем стальные листы пола покрытия выполнены с отбортовкой для полного слива моющих и дезактивирующих жидкостей, а боковые продольные и торцевые листы покрытия снабжены силовыми элементами, установленными вертикально. Контейнер также снабжен элементами крепления груза, которые размещены на силовых элементах с равным шагом по высоте силового элемента. Загруженный контейнер контролируют на радиобезопасность по транспортному индексу.
Такой громоздкий контейнер не может быть использован для сбора радиоактивных отходов при ликвидации радиационной аварии в помещениях. К недостаткам так же следует отнести низкие эксплуатационные характеристики контейнера, связанные со сложностью проведения работ по дезактивации его внутренних поверхностей. При этом материал, из которого выполнен контейнер - сталь является слабой защитой от нейтронного излучения.
Известен контейнер для радиоактивных отходов [RU 137691 U1, МПК G21F 5/00 (2006.01), опубл. 27.02.2014], содержащий корпус со стенками и днищем, крышку с концентрично расположенными на ней отверстиями для крепежных элементов и ребрами жесткости, расположенными с возможностью взаимоукладывания на них демпфирующих элементов, смонтированных на нижней поверхности днища контейнера, и сопрягаемую через герметизирующую прокладку с верхней поверхностью корпуса.
Контейнер снабжен патрубком для установки датчика уровня, приспособлением для истечения воздуха, штуцером прямой подачи отверждающего материала, подающим трубопроводом отверждающего материала, штуцером подающего трубопровода отверждающего материала, перфорированным коллектором, расположенным по внутренней поверхности днища контейнера. Штуцер подающего трубопровода отверждающего материала расположен на подающем трубопроводе отверждающего материала и закреплен на верхней поверхности корпуса. Штуцер прямой подачи отверждающего материала и патрубок датчика уровня расположены на верхней поверхности корпуса. Корпус снабжен защитным экраном датчика уровня. На осях симметрии узких граней крышки расположены отверстия для крепежных элементов. Крышка имеет отверстия для штуцера подающего трубопровода отверждающего материала, штуцера прямой подачи отверждающего материала и патрубка для установки датчика уровня, с возможностью их использования в качестве направляющих.
Этот контейнер не может быть использован как оборотный, так как после загрузки в него радиоактивных отходов производят подачу отверждающего материала, а в последующем удаление радиоактивных отходов трудоемко и в условиях радиационных полей является радиационно опасным. Кроме того, при аварийных ситуациях после превышения внутреннего давления над наружными стенками корпус радиально деформируется.
Известен контейнер для захоронения и/или транспортирования радиоактивных отходов [RU 98844 U1, МПК G21F 5/00 (2006.01), опубл. 27.10.2010], содержащий корпус, образованный боковыми стенками и днищем, снабженный такелажными узлами и крышкой, сопрягаемой с верхней торцевой поверхностью стенки корпуса посредством крепежных элементов, включающих болты и гайки, концентрично расположенных на крышке с возможностью прохождения болтов через посадочные отверстия, выполненные в выборке крышки, концентрично расположенной относительно ее центра и снабженной штуцером подачи отверждающего материала во внутрь корпуса. Контейнер снабжен подающим трубопроводом отверждающего материала, наружный конец которого выполнен в виде штуцера, а нижний конец расположен внутри корпуса с возможностью его взаимодействия с коллектором, выполненным в виде системы перфорированных труб, равномерно расположенных по внутренней поверхности днища контейнера. Болты выполнены замоноличенными в верхнюю торцевую поверхность стенки корпуса. Выборка выполнена в виде периферийной полосы крышки, снабженной ребрами жесткости, расположенными с возможностью взаимоукладывания на них серединной части соответствующих демпфирующих элементов, смонтированных на наружной поверхности днища контейнера, при транспортировании.
Этот контейнер не может быть использован как оборотный, не может обеспечить надежную защиту окружающей среды от опасного содержимого, пропуская радиационное излучение, а также не обеспечивает безопасность и сохранность груза от нерегламентированных нагрузок.
Известен контейнер оборотный герметичный для транспортировки упаковки с радиоактивными отходами [RU 2704311 С2, МПК G21F 5/00 (2006.01), G21F 9/00 (2006.01), опубл. 28.10.2019], выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус, крышку, установленную в углублении верхней части корпуса с образованием зазора для укладки и зажима радиационно-стойкого резинового уплотнения по периметру крышки, и противоположно расположенные на равном расстоянии клиновые замки, цилиндрические опоры которых расположены на корпусе, а угловые на крышке и соединены клиньями цилиндрической формы с переходом на угловую поверхность. Боковые поверхности крышки и боковые поверхности углубления верхней части корпуса имеют зет-образные плоскости под углом 15° к вертикальной плоскости, обеспечивающие установку крышки относительно корпуса с лабиринтным зазором 2-3 мм по всему периметру и равномерный зажим резинового уплотнения. Дно крышки имеет форму выступа, высота которого не более 8 мм, а его боковые стенки выполнены под углом 45° в сторону внутренней полости корпуса. На внутреннюю и внешнюю поверхность корпуса и крышки нанесено покрытие, стойкое к дезактивирующим растворам. Кроме того, контейнер снабжен герметичным вкладышем с подложкой, изготовленными в соответствии с формой внутренней полости корпуса контейнера, и строповым устройством для вкладыша.
Такой контейнер не может быть использован для хранения радиоактивных отходов с нейтронным излучением. Использование бетона в качестве биологической защиты уменьшает многофункциональность контейнера. Габариты и вес контейнера не позволяют использовать робототехнику для его перемещения в помещениях с трудно проходимым маршрутом.
Корпус из бетона не обеспечивает достаточную безопасность и сохранность радиоактивных отходов. Целостность корпуса может быть нарушена при аварийных происшествиях, не обеспечивая изоляцию содержимого и защиту персонала и окружающей среды от радиоактивного излучения.
Техническим результатом предложенного изобретения является создание оборотного транспортного контейнера для низкоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов.
Предложенный оборотный транспортный контейнер для низкоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов, также как в прототипе, содержит корпус, крышку, установленную в верхней части корпуса и вкладыш, который размещен внутри корпуса и изготовлен в соответствии с формой его внутренней полости.
Согласно изобретению, корпус контейнера выполнен цилиндрическим в виде вертикального стакана из стали, верхняя часть которого снабжена фланцем, выступающем наружу, в котором выполнены отверстия под болты. Первый вкладыш размещен внутри корпуса и изготовлен из материала, обеспечивающего противорадиационную защиту от ионизирующего излучения, высотой меньшей высоты корпуса в соответствии с формой его внутренней полости. В первый вкладыш вплотную вставлен стакан из сплава на основе титана, верхняя часть которого снабжена выступающим наружу фланцем, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса. Во фланце стакана выполнены вертикальные и горизонтальные отверстия для фиксации стакана и корпуса болтами. Крышка контейнера содержит тарелку из сплава на основе титана, по краю верхней поверхности которой выполнен кольцевой паз, в который ребром вставлено кольцо из стали так, что оно выступает над тарелкой, образуя объем, в который вставлен второй вкладыш из материала, аналогичного материалу первого вкладыша и такой же толщины. Поверх второго вкладыша установлен диск из стали, диаметр которого равен диаметру фланца корпуса. Диск, второй вкладыш и тарелка соединены между собой. Сверху к диску приварены ручки. Часть нижней поверхности тарелки выполнена со скосом в 45°, соответствующим скосу на внутренней поверхности фланца стакана для обеспечения их конического соединения. Диск, второй вкладыш и тарелка через резиновое уплотнительное кольцо соединены с фланцем стакана винтами. Фланец корпуса соединен с диском болтами. Внешняя поверхность корпуса выполнена с вертикальными ребрами жесткости, расположенными на равном расстоянии друг от друга, причем концы ребер жесткости выполнены с ушками.
В качестве материала, обеспечивающего противорадиационную защиту от ионизирующего излучения, при размещении в контейнере радиоактивных отходов с гамма излучением на основе Cs, Sr, Со использован свинец.
В качестве материала, обеспечивающего противорадиационную защиту от ионизирующего излучения, при размещении в контейнере радиоактивных отходов с нейтронным излучением может быть использован либо бораль, либо композитный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
Предложенный контейнер для низкоактивных и среднеактивных радиоактивных отходов по сравнению с прототипом обеспечивает легкость его эксплуатации, взаимозаменяемость и ремонтопригодность конструктивных элементов без замены всей конструкции, доступность технического обслуживания с простотой отслеживания потенциальных отказов конструктивных элементов, снижение веса и повышение заполняемости внутреннего объема контейнера радиоактивными отходами не в ущерб радиационной безопасности.
Многослойность в исполнении контейнера обеспечивает увеличение его защитных свойств. При нарушении безопасного режима эксплуатации, при нерегламентированных нагрузках или деформации, или разрушении корпуса, радиоактивные отходы не попадают в окружающую среду, так как не происходит нарушение герметизации стакана, соединенного с тарелкой.
Предложенный контейнер обеспечивает упрощенную транспортно-технологическую схему обращения с радиоактивными отходами на стадиях хранения, транспортирования и захоронения.
На фиг. 1 показан общий вид контейнера.
На фиг. 2 продемонстрирован контейнер, вид сверху
На фиг. 3 показан стакан, общий вид.
На фиг. 4 изображена тарелка.
На фиг. 5 представлена крышка в сборе.
Контейнер содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 в виде стакана из стали (фиг. 1, 2), верхняя часть которого выполнена с фланцем 2, выступающем наружу, в котором на равном расстоянии друг от друга выполнены шесть отверстий 3 под болты. Внешняя поверхность корпуса 1 выполнена с тремя вертикальными ребрами жесткости 4, расположенными на равном расстоянии друг от друга. Концы ребер жесткости 4 выполнены с ушками. Внутри корпуса 1 размещен вкладыш 5, повторяющий форму внутренней поверхности корпуса 1. Высота вкладыша 5 меньше высоты корпуса 1. Вкладыш 5 выполнен из материала, обеспечивающего противорадиационную защиту от ионизирующего излучения. Для размещения в предлагаемом контейнере радиоактивных отходов с гамма излучением, например, на основе Cs, Sr, Со, материалом для изготовления вкладыша 5 может быть свинец. Для размещения отходов с нейтронным излучением вкладыш 5 может быть изготовлен из бораля или композитного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Во вкладыш 5 вплотную вставлен металлический стакан 6 (фиг. 3) из сплава на основе титана (например, RU 2452785 С2). Верхняя часть стакана 6 выполнена с выступающим наружу фланцем 7, внешний диаметр которого равен внутреннему диаметру корпуса 1. Во фланце 7 стакана 6 на равном расстоянии друг от друга выполнены шесть вертикальных отверстий 8 и четыре горизонтально расположенных отверстия 9 для фиксации стакана 6 и корпуса 1 болтами.
Крышка контейнера содержит тарелку 10 (фиг. 4) из сплава на основе титана, на верхней поверхности которой, ближе к краю, выполнен кольцевой паз, в который ребром вставлено кольцо 11 (фиг. 5) из стали так, что оно выступает над тарелкой 10, образуя объем, в который вставлен второй вкладыш 12 из материала, аналогичного материалу первого вкладыша 5 и такой же толщины. Поверх второго вкладыша 12 установлен диск 13 из стали, диаметр которого равен диаметру фланца 2 корпуса 1.
Диск 13, второй вкладыш 12 и тарелка 10 соединены между собой четырьмя винтами 14, образуя сборную крышку. К диску 13 сверху приварены две ручки 15 (фиг. 1, 6).
Часть нижней поверхности тарелки 10 выполнена со скосом в 45°, соответствующим скосу на внутренней поверхности фланца 7 стакана 6 для обеспечения их конического соединения.
Диск 13, второй вкладыш 12 и тарелка 10 через резиновое уплотнительное кольцо 16 соединены с фланцем 7 стакана 6 шестью винтами. Фланец 2 корпуса 1 соединен с диском 13 с помощью болтов.
В корпус 1 устанавливают вкладыш 5. Во вкладыш 5 устанавливают стакан 6. На фланец 7 стакана 6 надевают резиновое кольцо 16.
Для сборки крышки в кольцевой паз тарелки 10 ребром вставляют кольцо 11 и в образующийся объем помещают вкладыш 12. Диск 13 тарелку 10, кольцо 11 и вкладыш 12 соединяют между собой при помощи винтов.
Загруженные в стакан 6 радиоактивные отходы накрывают собранной крышкой. Между нижней поверхностью крышки и стаканом 6 формируется коническая посадка, обеспечивающая их точное центрирование, и плотное прилегание. Фланец 7 стакана 6 и крышку соединяют между собой при помощи шести винтов, затягивая и прижимая радиационное стойкое резиновое кольцо 16, создавая дополнительное натяг конического соединения, что обеспечивает герметичность внутреннего объема.
Ручки 15, предусмотренные на диске 13 в верхней части крышки, позволяют проводить ее установку без участия человека с использованием роботизированной техники.
Ребра жесткости 4 с ушками предназначены для подъема контейнера с помощью грузоподъемных механизмов.
Собранный контейнер вывозят из радиационного опасного места.
В дальнейшем, для дезактивации поверхностей, подвергшихся радиационному загрязнению, открутив болты, соединяющие диск 13 с фланцем 2 корпуса и используя ручки 15 на диске 13 крышки, вынимают стакан 6 из вкладыша 5 и проводят его дезактивацию, либо, откручивая винты, отсоединяют тарелку 10 от диска 13, и проводят дезактивацию стакана 6 непосредственно в корпусе контейнера.
Для замены вкладыша 5, открутив болты, соединяющие диск 13 с фланцем 2 корпуса и используя ручки 15 на диске 13 крышки, вынимают из корпуса 1 стакан 6, а затем и использованный вкладыш 5. На его место устанавливают вкладыш 5 из материала, обеспечивающего противорадиационную защиту от конкретного ионизирующего излучения.