Железобетонный контейнер для транспортирования и/или длительного хранения радиоактивных и токсичных отходов различных производств

Полезная модель относится к области обращения с радиоактивными и другими токсичными отходами, а именно к железобетонным контейнерам,предназначенным для транспортирования и/или длительного хранения твердых, жидких ,отвержденных радиоактивных отходов атомных электростанций (АЭС), гражданских и военных судов с ядерными реакторами и может бьпъ использована для транспортирования и захоронения токсичных отходов химических и иных производств в жидком и горячем состоянии.
Анализ уровня техники в данной области показал, что известен контейнер для транспортировки радиоактивных материалов, содержащий бетонный корпус с крышкой, герметичную емкость для упаковки материалов, расположенную внутри корпуса с образованием боковой дистанционирующей полости с фиксацией емкости днищем и крышкой корпуса ( Патент Японии .№ 2907690 В2 7027897 А, МКИ: G 21 F 5/10, публ. 21.06.99г.).
Для исключения растрескивания стенок корпуса от воздействия значительного температурного градиента ,возникающего при радиоактивном распаде отходов в емкости, в дистанпионирующей полости дополнительно размещены экранирующие перегородки и осуществлена естественная конвенция , повлекшая за собою наличие дополнительных конструктивных элементов,что усложняет и удорожает конструкцию аналога.
теплоотвода ,обусловленная тем, что емкость снизу установлена без какого-либо зазора непосредственно на днище корпуса, а сверху - вплотную к крышке корпуса, что приведет к их растрескиванию и, как следствие, снижению радиационной безопасности.
И, наконец, в конструкции не предусмотрено наличие демпферов, что при возникновении падения контейнера при транспортировке снижает надежность конструкции и, следовательно, радиационную безопасность.
Из известных устройств наиболее близким к заявляемому является железобетонный контейнер для хранения тепловыделяющих материалов, содержащий корпус с герметично запасованной крышкой, емкость с крьппкой для упаковки отходов, расположенную внутри корпуса с образованием между ними дистанционирующей полости, в которой размещены нижние фиксирующие элементы ( Патент Великобритании № 2337722А1, MKH:G 21F5/10 публ.11.12.99г.).
Невозможность достижения упомянутым устройством результата, обеспеченного заявляемой конструкцией контейнера ,обуславливается тем, что во-первых емкость размещена в дополнительной стальной камере, которая вьшолняет экранирующую функцию и делит дистанционирующую полость на две полости через которые пропускается охлаждающий воздух, попадающий в них из атмосферы через нижние каналы в корпусе и камере с воздухоотводящей системой в верхней части.
Такая конструктивная проработка контейнера усложняет изделие, что приводит к его значительной стоимости, и кроме того, наличие каналов снижает надежность из-за отсутствия герметичности корпуса.
Во-вторых из-за установки емкости в металлической камере с боковыми зазорами создаются условия, в пределах величины зазора, ее крена при возможном наклоне корпуса при транспортировке контейнера и чем бо.11ьше величина зазора, тем менее устойчива емкость, что приведет к появлению участков со значительной теплоотдачей в бетон и , следовательно, к возможному появлению в нем трещин.
ния изделия и мер предохранения при падении.
При разработке заявленной конструкции была поставлена задача повьппения радиационной безопасности за счет уменьшения теплоотдачи от тепловыделяющих материалов, залитых в железобетонный корпус, с одновременным снижением стоимости изделия. Кроме того, предусматривалась необходимость предохранения изделия в случае его падения.
При решении упомянутой задачи был достигнут технический результат, заключаюшийся в повьппении надежности устройства за счет снижения коэффициента теплопроводности путем существенного снижения величины локальной передачи тепла от емкости к корпусу, при этом не использовалась дорогостоящая конструктивная система охлаждения и отвода тепла наружу в атмосферу, что позволило сохранить герметичность контейнера, упростить конструкцию и повысить ее радиационные характеристики.
Кроме того, для предохранения контейнера от возникновения трещин при падении изделия в его конструкцию введены демпфирующие элементы, а введение боковых фиксирующих элементов позволило сохранить устойчивое положение емкости и обеспечить равномерную передачу тепла к железобетонной стенке.
Поставленный технический результат достигается тем, что железобетонный контейнер содержит корпус с герметично запасованной крышкой, емкость с крышкой для упаковки отходов, расположенную внутри корпуса с образованием между ними дистанционируюшей полости в которой размешены нижние фиксирующие емкость элементы.
Новым в устройстве является то, что в дистанционируюшую полость введены теплоизоляционный материал, запо.1шяющий ее, а также боковые фиксирующие емкость элементы, причем нижние фиксирующие емкость элементы расположены на ее днище и вьшолнены в виде демпферов, а днище корпуса вьшолнено с опорными демпферами.
Кроме того, боковые фиксирующие емкость элементы могут быть смонтированы на боковых стенках емкости, а в качестве теплоизоляционного материала может быть использован перлитовый песок с шириной заполнения дистанционирующей полости от 25 до 35 мм.
Кроме того, онорные демпферы могут быть расположены но образующему контуру днища контейнера и выполнены в виде чередующихся между собой выступов и пазов с шириной, равной толщине соответствующей стенки корпуса.
Кроме того, ннжние фиксируюпще емкость элементы могут быть вьшолнены из уголков, лучеобразно исходящих из центра днища емкости.
Контейнер представлен на чертежах, где изображены на Фиг.1 - нродольный разрез устройства; Фиг.2 - вид сверху; Фиг.З - вид снизу; Фиг.4 - разрез А-А на Фиг.1; Фиг.5 - вид емкости снизу.
Контейнер содержит железобетонный корпус 1,вьшолненный в виде ,на1фимер. многоугольного параллелепипеда с боковыми стенками 2, днищем 3 и крьпнкой 4,установленной на углубления 5. В центральной части крышки выполнено сквозное отверстие б.Внутри корпуса расположена емкость 7 из тонколистового металла. Днище 8 емкости 7 вьшолнено с закрепленными на них нижними фиксирующими емкость элементами 9 вьшолненными из уголков, расположенных в виде лучей, исходящих из точки О центра днища емкости.Одновременно элементы 9 вьшолняют функцию демпферов.
Боковые стенки 10 емкости 7 вьшолнены с боковыми фиксирующими емкость элементами 11. Как боковые 11, так и нижние 9 фиксирующие элементы жестко закреплены на емкости. В верхней части емкости смонтирована крьппка 12с монтажным отверстием 13.Емкость 7 расположена в корпусе 1 таким образом, что между ними образована дистанционирующая полость 14, которая заполнена теплоизоляционным материалом - слоем 15 , например, из перлитового песка. Размеры емкости и корпуса рассчитаны таким образом , что ширина полос. /,.
ТИ, заполненной нерлнтовым песком, между ними была от 25 до 35 мм. что связано с оптимальным поглощением тепла, обуславливающего ограничение предельной температуры на грева стенки корпуса, и предотвращения тем самым возникновения трещин в железобетоне.
В случае использования иных теплоизоляционных материалов, например, полимеров размеры пгарины полости 14с заполняющим слоем могут быть другими, что повлечет за собою изменение габаритных размеров емкости.
Величина боковых фиксирующих элементов 11 соответствует щирине полости 14с небольшим зазором, который несоизмеримо меньще расстояния между емкостью и камерой в устройстве прототипа, что исключает крен емкости.
Вдоль образующей контура днища 3 корпуса расположены опорные демпферы, выполненные в виде чередующихся между собой выступов 16 и пазов 17 пшрина n-i которых соответствует толщине Н;, боковых стенок 2 корпуса, находящихся над соответствующими выступами, для исключения появления трещин в наиболее слабом месте конструкции - в местах сопряжения днища и соответствующей внутренней боковой стенки корпуса. Выступы демпфера вьшолнены из, например, бетона или другого энергоемкого материала.
Возможно и иное выполнение опорных демпферов.
Монтаж устройства осуществляется следующим образом.
В заводских условиях или при необходимости на территории АЭС устанавливают привезенный с завода-изготовителя корпус контейнера, на дно которого насыпают требуемое количество перлитового песка, и затем располагают внутри его на нижних и боковых фиксирующих элементах 9 и 11 емкость 7.
В случае необходимости упаковки твердых радиоактивных отходов крыппси 4 и 12 предварительно за монтажные отверстия 6 и 13 снимаются. В случае упаковки жидких солевых расплавов крьппки оставляются на месте, а расплавы заливаются через пшанг-рукав, располагаемый в отверстиях обеих крышек.
-S,
Затем в дистанционирующую полость 14 засыпается перлитовый песок в песколько приемов.
По окоичании заполнения полости песком отверстие 6 крыппси 4 корпуса герметизируется пробкой и дополнительно и отверстие и края крышки заполняются гереметизирующей смесью.
После произведенных операций контейнер готов к транспортированию к месту его хранения или захоронения. В случае возиикновения аварийной ситуации - падения контейнера, последний падает на опорные демпферные выступы 16, которые разрушаются, воспринимая ударную нагрузку на себя и тем самым предохраняя стенки и днище корпуса от разрушения, особенно места сопряжения по контуру днища со стеиками. Аналогично разрушаются нижние демпферные элементы 9 предохраняя тонкие металлические листы емкости от появления трещин.
Устройство работает следующим образом.
Тепло, излучаемое, например, при заливке горячих жидких отходов, из емкости 7 передается через ее металлические стенки в пространство дистанционирующей полости 14. Если бы она была пустой, то под воздействием значительной температуры разог1)ева в стенках, днище и крьппке корпуса появились бы напряжения, превышающие прочность бетона на растяжение, что могло бы привести к образованию трепщн и нарущению герметизации контейнера и, следовательно, к заражению окружающей среды.
В случае плотного заполнения полости перлитовым песком, его слой гасит температурное воздействие по мере прохождения тепла к стенкам корпуса и, пройдя слой, например (в зависимости от габаритных размеров емкости и толщины ее стенки ), от 25 до 35 мм, величина тепла уменьшается и температура достигает допустимого значения при котором растрескивания железобетона не происходит. При заполнении полости 14 другим теплоизоляционным материалом, иапример, полимером ( пластмассой) и при иных габаритных размерах контейнера производится инженерный расчет требуемых оптимальных размеров толщин теплоизоляционного материала и габ итных размеров емкости.
Возможность осуществления заявляемого устройства контейнера нодтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе признаков, представленных на уровне функционального обобщения, с достижением технических результатов, заключающихся в повышении радиационной безопасности изделия за счет исключения появления трещин в железобетоне корпуса, обусловленного гашением влияния теплового воздействия высоких температур посредством использования теплоизоляционного материала, а также за счет наличия предохранительных мер, предусматривающих введение в конструкцию демпферных элементов, и ,наконец, за счет исключения кренов, которые имели место в прототипе, путем введения боковых совместно с нижними фиксирующих элементов. Кроме того, стоимость заявленного изделия значительно ниже стоимости прототипа, что обусловлено отсутствием в заявляемом контейнере дорогостоящей системы охлаждения.