СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ БАРЬЕРОВ БЕЗОПАСНОСТИ В ПУНКТЕ РАЗМЕЩЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
METHOD OF RESTORING SAFETY BARRIERS AT A RADIOACTIVE WASTES DISPOSAL STATION

Изобретение относится к технологии улучшения или упрочнения грунта с помощью термических, электрических или электрохимических средств и может быть использовано для поддержания целостности глиносодержащих дополнительных барьеров безопасности в пунктах хранения и захоронения радиоактивных отходов.
Известен способ очистки почвы от углеводородов [RU 2132757, МПК В09С 1/02, B01D 61/56, опубл. 10.07.1999], выбранный в качестве аналога. По указанному способу в почву погружают центральный и периферийные электроды. В область, примыкающую к центральному электроду, подают нагретую жидкость-носитель с рН равным 5.5, которую перемещают под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным. Вытесняют из почвы углеводороды и удаляют их из периферийных электродов.
Недостатки этого способа:
- необходимость нагревания и строгого поддержания рН жидкости-носителя приводит к снижению эффективности ведения процесса;
- при подаче нагретой жидкости-носителя в область, примыкающую к центральному электроду, создается ее неравномерное распределение вокруг электрода, что приводит к ослаблению электроосмотического эффекта.
Известен способ восстановления на месте загрязненных гетерогенных почв [RU 2143954, МПК В09С 1/08, В09С 101/00, опубл. 10.01.2000], выбранный в качестве аналога. По указанному способу через область почвы низкой проницаемости в пределах области загрязненной гетерогенной почвы между первым и вторым электродами, имеющими противоположные заряды, пропускают постоянный электрический ток для возникновения электроосмотического потока от второго электрода к первому электроду и/или электромиграционного движения ионных загрязняющих веществ в направлении к электроду противоположного заряда. При этом первый электрод располагают на первом конце области загрязненной гетерогенной почвы, а второй электрод располагают на противоположном конце области загрязненной гетерогенной почвы. Поперек области загрязненной гетерогенной почвы прикладывают гидравлический градиент для возникновения гидравлического потока от находящегося под высоким давлением конца области загрязненной гетерогенной почвы к находящемуся под низким давлением концу области загрязненной гетерогенной почвы.
Указанный способ имеет недостатки:
- для реализации способа необходимо, чтобы область почвы между электродами была предварительно увлажнена;
- необходимость организации гидравлического градиента для возникновения гидравлического потока увеличивает время ведения процесса.
Известен способ очистки почвы от углеводородов и пестицидов и устройство для его осуществления [RU 2602615, МПК В09С 1/00, опубл. 20.11.2016], выбранный в качестве прототипа. По указанному способу в почву погружают центральный и периферийные электроды. Между центральным и периферийными электродами создают неравномерное электрическое поле напряженностью в пределах 50-110 кВ/м. Производят измельчение почвы с помощью рыхлителя до размера частиц 1,0 мм при глубине 20-25 см. Измельченную почву смешивают с жидкостью-носителем до концентрации 1:6. В область, примыкающую к центральному электроду, подают жидкость-носитель. Создают псевдоожиженный слой глубиной 10-12 см с подачей сжатого воздуха давлением 1-2 атм. Жидкость-носитель перемещают под действием электроосмотического эффекта от центрального электрода к периферийным.
Недостатки этого способа:
- необходимость предварительного измельчения почвы до размера частиц 1,0 мм увеличивает время ведения процесса и снижает эффективность способа;
- сложность равномерного расположения периферийных электродов вокруг центрального электрода для создания электроосмотического потока.
Техническим результатом изобретения является возможность дистанционного восстановления целостности барьеров безопасности в пунктах захоронения радиоактивных отходов и повышение безопасности и эффективности известных способов.
Предложенный способ включает погружение электродов в область образования трещин и полостей в барьерном материале, создание электрического поля между электродами, подачу жидкости-носителя в область, примыкающую к электроду, перемещение жидкости-носителя от одного электрода к другому под действием электроосмотического эффекта. Согласно изобретению перфорированные электроды погружают на границах области образования трещины или полости в барьерном материале, обеспечивающем безопасное захоронение твердых радиоактивных отходов. Барьерный материал, смещенный с жидкостью-носителем, подают непосредственно в первый перфорированный электрод. Между электродами создают разность потенциалов. Проталкивают барьерный материал в область образования трещины или полости. Жидкость-носитель, прошедшую между электродами и очищенную от барьерного материала, откачивают через второй перфорированный электрод. После ликвидации трещины или полости электроды извлекают из области размещения, одновременно подавая сухой барьерный материал через область перфорации.
Технический результат достигают за счет того, что для восстановления целостности барьеров безопасности в хранилищах радиоактивных отходов любой геометрии используют перфорированные с одного конца трубы, служащие одновременно электродами. Перфорированные трубы располагают таким образом, чтобы трещина или полость в барьерном материале находилась в межэлектродном пространстве. В верхнюю часть одного из электродов, являющегося анодом, под давлением подают смесь жидкости-носителя с барьерным материалом, которую инжектируют в приэлектродную область. Между электродами создают разность потенциалов, достаточную для начала электроосмотического движения жидкости-носителя. За счет движения жидкости-носителя от анода к катоду проталкивают барьерный материал к трещине или полости. Восстанавливают целостность барьеров безопасности за счет заполнения их идентичным барьерным материалом. Жидкость-носитель, прошедшую через область между электродами, откачивают через перфорированный катод, подключенный к насосу. Для исключения попадания частиц барьерного материала в трубу используют металлический фильтр, расположенный внутри катода. После завершения процесса восстановления целостности барьеров безопасности электроды удаляют из области размещения, одновременно нагнетая сухой барьерный материал для засыпки образующихся полостей.
На фиг. 1 представлена схема восстановления целостности барьеров безопасности в пункте захоронения радиоактивных отходов.
На фиг. 2 показан процесс извлечения перфорированных электродов.
Для восстановления целостности барьеров безопасности 1 в труднодоступных местах пункта захоронения радиоактивных отходов 2 используют, как минимум, пару перфорированных труб, являющихся полым катодом 3 и анодом 4 (фиг. 1). Катод 3 соединен с откачивающим насосом 5. Внутри катода 3 размещен металлический фильтр 6, пропускающий жидкость-носитель и задерживающий барьерный материал. Анод 4 соединен с насосом 7 для подачи смеси жидкости-носителя с барьерным материалом. Катод 3 и анод 4 подключены к источнику постоянного тока 8. По краям полости 9, образованной в барьерном материале, установлены перфорированные трубы, являющиеся катодом 3 и анодом 4, например, через бетонные конструкции 10.
После завершения процесса восстановления барьеров безопасности 1 образуются засыпанная полость 11 и скважины 12 от перфорированных труб, которые соединены с компрессором для подачи сухого барьерного материала 13.
Способ осуществляется следующим образом.
При образовании полости 9 в барьерах безопасности 1 пункта захоронения радиоактивных отходов 2 используют перфорированные трубы, являющиеся полым катодом 3 и анодом 4, которые погружают параллельно друг другу как можно ближе к границе области образования полости 9 через имеющиеся в конструкционных элементах хранилища отверстия, например, через бетонные конструкции 10. Барьерный материал, идентичный барьерному материалу в пункте захоронения радиоактивных отходов 2, смешивают с жидкостью-носителем, проводящей электрический ток, и под давлением с помощью насоса 7 подают в первый перфорированный электрод, являющийся анодом 4.
Между катодом 3 и анодом 4 создают разность потенциалов с помощью источника постоянного тока 8. Проталкивают барьерный материал, поступающий из перфорированной области трубы, являющейся анодом 4, в область образования полости 9 за счет электроосмотического движения жидкости-носителя от анода 4 к катоду 3. Восстанавливают целостность барьеров безопасности 1 за счет заполнения их идентичным барьерным материалом.
Жидкость-носитель, дошедшую до катода 3, откачивают через перфорированную область трубы. Сухой барьерный материал задерживают на входе в катод 3 с помощью металлического фильтра 6. Попадающую в катод 3 жидкость-носитель удаляют из трубы с помощью откачивающего насоса 5.
После завершения процесса восстановления целостности барьеров безопасности 1 за счет заполнения полости 9 барьерным материалом образуется засыпанная полость 11. Перфорированные трубы, являющиеся катодом 3 и анодом 4, отключают от насосов 5 и 7 и соединяют с компрессором для подачи сухого барьерного материала 13. Катод 3 и анод 4 постепенно удаляют из области размещения, одновременно нагнетая сухой барьерный материал с помощью компрессора 13 для засыпки образующихся полостей. В результате получают засыпанные скважины 12.
Пример осуществления изобретения приведен ниже.
После обнаружения и определения размера полости 9, например, по способу RU 2579822, в глиносодержащих барьерах безопасности 1 пункта захоронения графитовых радиоактивных отходов 2 выбирали, как минимум, две перфорированные трубы диаметром 57 мм, выполненные из стали ГОСТ 9940-81 и являющие катодом 3 и анодом 4. Один из торцов выбранных перфорированных труб был снабжен металлическим конусообразным наконечником для уменьшения сопротивления при движении в барьерном материале. Катод 3 и анод 4 погружали параллельно друг другу как можно ближе к границе области образования полости 9 через имеющиеся в бетонных конструкциях 10 отверстия. Расстояние между катодом 3 и анодом 4 составляло ~1 м.
3
4
2
2
Выбирали барьерный материал, идентичный барьерному материалу в пункте захоронения графитовых радиоактивных отходов 2, содержащий илистую фракцию от 18 до 28% масс, тонкопылеватую фракцию - от 34 до 50% масс. Значительная часть барьерного материала состояла из тонкодисперсной глины катионобменной емкостью больше 30 мг-экв./100 г породы. Выбранный барьерный материал смешивали с жидкостью-носителем. В качестве жидкости-носителя использовали дистилированную воду с растворенными в ней NaHCO - 318,3 мг/л; MgSO - 93,48 мг/л; CaCl - 192,7 мг/л. Барьерный материал, смешанный с жидкостью-носителем, под давлением ~1,5 кгс/см подавали с помощью насоса 7 в первую перфорированную трубу, являющуюся анодом 4.
2
С помощью источника постоянного тока 8 между катодом 3 и анодом 4 создавали разность потенциалов (100-150) В. При этом плотность тока составляла (0,8-1,2) мА/см. Барьерный материал, смешанный с жидкостью-носителем, проталкивали в область образования полости 9 за счет электроосмотического движения жидкости-носителя от анода 4 к катоду 3. Скорость движения жидкости-носителя при электроосмосе составляла (2,5-3,0) мм/мин. Восстанавливали целостность барьеров безопасности 1 за счет заполнения их идентичным барьерным материалом.
Через 5,5 часов жидкость носитель, достигшую катода 3, откачивали через перфорированную область трубы. Сухой барьерный материал задерживали на входе в катод 3 с помощью металлического фильтра 6, не пропускающего частицы размером до 0,045 мм. Попадающую в катод 3 жидкость-носитель удаляли из трубы с помощью откачивающего насоса 5.
После завершения процесса восстановления барьеров безопасности 1 за счет заполнения полости 9 барьерным материалом через 24 часа образовывалась засыпанная полость 11. Перфорированные трубы, являющиеся катодом 3 и анодом 4, отключали от источника постоянного тока 8 и от насосов 5 и 7. Затем перфорированные трубы соединяли с компрессором для подачи сухого барьерного материала 13. Сухой барьерный материал с помощью компрессора 13 под давлением (1,1-1,2) атм подавали в перфорированные трубы, которые одновременно удаляли из области размещения со скоростью 10 см/мин. После удаления перфорированных труб получали засыпанные скважины 12. Полное время восстановления целостности барьеров безопасности в пункте захоронения графитовых радиоактивных отходов составило 27 часов.
Таким образом, безопасность известных способов повышается за счет использования дистанционного неразрушающего способа восстановления барьеров безопасности в пунктах захоронения радиоактивных отходов при исключении прямого контакта с радиоактивными материалами. Эффективность повышается за счет реализации способа в хранилищах практически любой геометрии и в труднодоступных местах.