УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ ВЫСОКОАКТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТРИЦЫ
DEVICE FOR ENCLOSING HIGHLY ACTIVE SOURCES OF IONISING RADIATION IN METALLIC MATRICES

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к устройствам для переработки высокоактивных источников ионизирующего излучения путем включения их в металлическую матрицу непосредственно в хранилище, и может быть использовано на централизованных пунктах захоронения радиоактивных отходов.
Существующие в настоящее время на специализированных предприятиях по обращению с радиоактивными отходами типовые хранилища колодезного типа (Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.78-79 [1]) для хранения отработавших источников ионизирующего излучения не обеспечивают в полной мере, в силу конструктивных особенностей и ограничений по предельной активности загружаемых в них источников, необходимую безопасность хранения последних.
Для повышения безопасности хранения отработавших источников ионизирующего излучения был предложен способ включения твердых радиоактивных отходов высокого уровня активности в металлические матрицы непосредственно в емкостях хранилищ колодезного типа (А.Э.Арустамов, М.И.Ожован, В.В.Ширяев. Способ включения отработавших источников ионизирующих излучений в металлические матрицы. Авторское свидетельство SU 1644663 А1, кл. G21F 9/32, 1989 [2]).
Известно устройство для включения источников ионизирующего излучения в металлические матрицы непосредственно в местах нахождения хранилищ колодезного типа (Соболев И.А., Арустамов А.Э., Ширяев В.В., Ожован М.И., Семенов К.Н., Качалов М.Б. Передвижная установка для включения в металлическую матрицу высокоактивных твердых отходов. Ж. Атомная энергия, 1993, т.74. вып.6, с.531-533 [3]), представляющее собой передвижную установку, состоящую из отдельных технологических модулей, смонтированных на транспортной платформе. Основным модулем является электроплавитель, в котором матричный материал нагревают до заданной температуры. Буферная камера установки служит для размещения электроплавителя и другого оборудования на оголовке хранилища. Установка содержит вспомогательное оборудование для откачки воды из хранилища и его сушки. Модули размещены на автомобильном шасси и в рабочее положение переводятся гидроманипулятором, также размещенным на автомобильном шасси.
Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы (А.Э.Арустамов, М.И.Ожован, П.П.Полуэктов, А.С.Поляков, И.А.Соболев, Е.М.Тимофеев и С.А.Третьяк. Устройство для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы. Авторское свидетельство SU 1350663 А1, кл. G21F 9/30, 1986 [4]), содержащее электроплавитель, буферную камеру с гильотинным приспособлением и расположенный в ней гибкий металлопровод из термостойкого материала ряда асбобазальтовой или кварцевой ткани, или стеклоткани, или термостойкого фтор- или кремнийорганического полимера, или тонкостенных металлических гофрированных трубок, электроплавитель установлен на буферной камере, вход которой сопряжен с выпуском электроплавителя и гибким металлопроводом фланцевым элементом с фиксатором, при этом буферная камера снабжена выходным патрубком и соединена с системой очистки и откачки воздуха, содержащей фильтр и вентилятор, установленные на транспортной платформе.
Недостатками данной установки являются использование металлопровода из термостойкого материала ряда асбобазальтовой или кварцевой ткани, или стеклоткани, или термостойкого фтор- или кремнийорганического полимера, или тонкостенных металлических гофрированных трубок, которые не обеспечивают достаточной теплоизоляции или подогрева расплава во время слива, что приводит к чрезмерному охлаждению и кристаллизации расплава матричного материала внутри металлопровода во время слива. В свою очередь, при кристаллизации расплава внутри металлопровода увеличивается его жесткость, что приводит к обрыву металлопровода в канале хранилища при его извлечении по причине того, что загрузочный канал хранилища имеет изгибы, и выходу хранилища из строя.
Технический результат заявляемого устройства для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы выражается в предотвращении кристаллизации расплава матричного материала в гибком металлопроводе и обрыва металлопровода в загрузочном канале хранилища.
Указанный технический результат достигается устройством для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы, содержащим электроплавитель, буферную камеру с расположенным в ней гибким металлопроводом, электроплавитель установлен на буферной камере, вход которой сопряжен с гибким металлопроводом фланцевым соединением с фиксатором, буферная камера снабжена выходным патрубком и соединена с системой очистки и откачки воздуха, состоящей из фильтра и вентилятора; гибкий металлопровод выполнен в виде витого металлорукава из нержавеющей стали с расположенными на нем четырьмя слоями теплоэлектроизоляции, выполненной из стеклянной или базальтовой, или кремнийорганической ткани, при этом между первым и вторым слоем теплоэлектроизоляции расположен термопреобразователь, соединенный с электрической схемой, расположенной в пульте управления устройством, а между вторым и третьим слоями расположена медная токоведущая шина, соединенная на нижнем конце гибкого металлопровода с витым металлорукавом с помощью хомута; верхний конец гибкого металлопровода сопряжен с вышеуказанным фланцевым соединением с фиксатором.
Отличительными признаками предлагаемого устройства для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы является то, что гибкий металлопровод выполнен в виде витого металлорукава из нержавеющей стали с расположенными на нем четырьмя слоями теплоэлектроизоляции, выполненной из стеклянной или базальтовой, или кремнийорганической ткани, при этом между первым и вторым слоем теплоэлектроизоляции расположен термопреобразователь, соединенный с электрической схемой, расположенной в пульте управления устройством, а между вторым и третьим слоями расположена медная токоведущая шина, соединенная на нижнем конце гибкого металлопровода с витым металлорукавом с помощью хомута; верхний конец гибкого металлопровода сопряжен с вышеуказанным фланцевым соединением с фиксатором.
Выполнение гибкого металлопровода в виде витого металлорукава из нержавеющей стали вызвано высокой коррозионной и термической стойкостью данного материала, а также низкой степенью адгезии матричного металла в нержавеющую сталь. Использование стеклянной или базальтовой, или кремнийорганической ткани для выполнения теплоэлектроизоляции вызвано необходимостью обеспечения гибкости и электроизоляции при температуре до 400°С. Использование двух слоев теплоэлектроизоляции поверх медной токоведущей шины применяется для повышения механической прочности наружной изоляции металлопровода. Электрический ток силой до 150 А, проходя из источника через медную токоведущую шину к нижнему концу гибкого металлопровода, на котором токоведущая шина закреплена с помощью хомута, протекает через витой металлорукав до верхнего конца гибкого металлопровода и возвращается в источник. При этом витой металлорукав нагревается за счет омического тепла. Температура витого металлорукава измеряется термопреобразователем, используя показания которого электрическая схема, находящаяся в пульте управления устройством, производит периодическое включение и выключение источника тока, тем самым поддерживая температуру витого металлорукава на заданном уровне. Нагрев гибкого металлопровода препятствует кристаллизации матричного металла в гибком металлопроводе и предотвращает обрыв гибкого металлопровода в загрузочном канале хранилища, т.к. отсутствие кристаллизованного металла в гибком металлопроводе позволяет сохранить его гибкость в момент извлечения из загрузочного канала хранилища.
На Фиг.1 показано предлагаемое устройство для включения отработавших источников ионизирующего излучения в металлические матрицы.
На Фиг.2 показана конструкция гибкого металлопровода.
Устройство включает в себя буферную камеру 1 с установленным на ней электроплавителем 2 и расположенным в ней гибким металлопроводом 3, опущенным в хранилище (на чертеже не показано), вентилятор газоочистки 4 и фильтр 5, установленные на раму 6. Буферная камера 1 сопряжена с фильтром 5 газоочистки с помощью гибкого воздуховода 7. Вход буферной камеры 1 с помощью фланцевого соединения с фиксатором 8 сопряжен с гибким металлопроводом 3. С помощью выходного патрубка 9 буферная камера сопрягается с оголовком хранилища.
Гибкий металлопровод 3 состоит из витого металлорукава 10, выполненного из нержавеющей стали 12Х18Н10Т, двух внутренних изоляционных слоев из базальтовой, кремнийорганической или стеклянной ткани 11 и 12, между которыми расположен термопреобразователь 13, соединенный с электрической схемой, расположенной в пульте управления установкой (на чертеже не показана), предназначенный для контроля температуры витого металлорукава 10, медной токоведущей шины 14, предназначенной для передачи электрического тока на нижний конец металлопровода 3, где она соединяется с витым металлорукавом 10 с помощью хомута 15, двух наружных изоляционных слоев из базальтовой, кремнийорганической или стеклянной ткани 16 и 17 и фланцевого соединения с фиксаторм 8, с помощью которого гибкий металлопровод сопрягается с входом буферной камеры.
Устройство работает следующим образом.
Устройство доставляют к хранилищу, заполненному отработавшими источниками ионизирующего излучения. На оголовок хранилища (на чертеже не показан) устанавливают буферную камеру 1 и сопрягают выходной патрубок 9 буферной камеры 1 с оголовком хранилища, рядом с буферной камерой устанавливают и подключают с помощью гибкого воздуховода 7 систему очистки и откачки воздуха, состоящую из вентилятора 4 и фильтра 5, установленных на раме 6. Вводят в хранилище через буферную камеру 1 нижний конец гибкого металлопровода 3 с расположенным на нем хомутом 15 и закрепляют его на входе буферной камеры 1 с помощью фланцевого соединения с фиксатором 8. После этого устанавливают на буферной камере 1 электроплавитель 2. Включают вентилятор газоочистки 4, электроплавитель 2 и подачу электрического тока на гибкий металлопровод 3. Электрический ток, протекая из источника через токоведущую шину 14, хомут 15 и витой металлорукав 9, вызывает нагрев витого металлорукава 10. Четыре слоя теплоэлектроизоляции 11, 12, 16, 17 предотвращают перетекание электрического тока на металлоконструкции хранилища и быстрое остывание витого металлорукава 9. Температура металлопровода контролируется термопреобразователем 13, используя показания которого электрическая схема, расположенная в пульте управления установкой, периодически включает и отключает подачу электрического тока в гибкий металлопровод 3, тем самым удерживая его температуру на заданном уровне. Металл, уложенный в плавильную камеру электроплавителя 2, расплавляется и загружается в хранилище через гибкий металлопровод 3. Обогрев металлопровода 3 препятствует кристаллизации расплава металла в металлопроводе 3. Воздух из хранилища, поступающий в буферную камеру 1, очищается фильтром 5 и откачивается вентилятором газоочистки 4. После окончания работ по включению отработавших источников ионизирующего излучения в металлическую матрицу извлекают гибкий металлопровод 3 из загрузочного канала хранилища и устройство удаляют из хранилища. Нагретый металлопровод 3 сохраняет гибкость при извлечении его из загрузочного канала хранилища ввиду того, что внутри него отсутствует кристаллизованный металл, благодаря чему предотвращается выход хранилища из строя. Хранилище закрывают крышкой.
За время эксплуатации устройства-прототипа было проведено 40 операций включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлическую матрицу в 18 хранилищах. При этом 6 хранилищ были выведены из строя в результате обрыва гибкого металлопровода в загрузочном канале хранилища. Это составляет 30% общего числа хранилищ, в которых производилось включение высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлическую матрицу. В соответствии с этими данными вероятность обрыва гибкого металлопровода устройства-прототипа составляет 15%. На данный момент с использованием предлагаемого устройства проведено 20 операций включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлическую матрицу. За это время обрывов гибкого металлопровода не наблюдалось. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство позволяет предотвратить кристаллизацию расплава матричного материала в гибком металлопроводе и предотвратить выход хранилища из строя в результате обрыва гибкого металлопровода в загрузочном канале хранилища.
Литература
1. Соболев И.А., Хомчик Л.М. Обезвреживание радиоактивных отходов на централизованных пунктах. М.: Энергоатомиздат, 1983, с.78-79.
2. А.Э.Арустамов, М.И.Ожован, В.В.Ширяев. Способ включения отработавших источников ионизирующих излучений в металлические матрицы. Авторское свидетельство SU 1644663 А1, кл. G21F 9/32. 1989.
3. Соболев И.А., Арустамов А.Э., Ширяев В.В., Ожован М.И., Семенов К.Н., Качалов М.Б. Передвижная установка для включения в металлическую матрицу высокоактивных твердых отходов. Ж. Атомная энергия, 1993, т.74. вып.6, с.531-533.
4. А.Э.Арустамов, М.И.Ожован, П.П.Полуэктов, А.С.Поляков, И.А.Соболев, Е.М.Тимофеев и С.А.Третьяк. Устройство для включения высокоактивных источников ионизирующего излучения в металлические матрицы. Авторское свидетельство SU 1350663 А1, кл. G21F 9/30, 1986.