контейнер для твердых радиоактивных отходов

Формула изобретения

1. Контейнер для твердых радиоактивных отходов, содержащий многослойный корпус, один из слоев которого выполнен из SiC, отличающийся тем, что указанный слой выполнен из карбида кремния, содержащего свободный кремний в количестве 3 - 30 мас.%.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что SiC армирован углеродной составляющей.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что слой выполнен из реакционно спеченного карбида кремния.

4. Контейнер по пп.1 и 3, отличающийся тем, что слой выполнен из газофазного карбида кремния, нанесенного на реакционно спеченный.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обращения с радиоактивными материалами и может быть использовано для транспортирования, хранения и захоронения твердых и отвержденных (цементированных, остеклованных) радиоактивных отходов атомных станций и установок по переработке отработавшего ядерного топлива.

Известно, что контейнеры для транспортировки и хранения высокоактивных радиоактивных отходов должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать надежный и эффективный отвод тепла при всех вариантах штатных и нештатных ситуаций; предупреждать попадание радионуклидов в окружающую среду; гарантировать защиту обслуживающего персонала от - и n-излучения; быть пригодными для транспортировки и промежуточного хранения. К контейнерам длительного хранения и/или захоронения предъявляются более жесткие нормы по их механической прочности, коррозионной устойчивости и радиационной защите. Для этих целей, как правило, применяют многобарьерные (многослойные) контейнеры.

Так, известен контейнер для радиоактивных отходов, содержащий двухслойный корпус, внутренний слой которого выполнен из бетона, внешний слой выполнен из армоцемента со степенью армирования по площади сечения от 3 до 12% /cм. патент РФ N 2064695, МКИ⁶ G 21 F 5/00; заявл. 18.12.86; опубл. 27.07.96 г. /. Однако бетон недостаточно устойчив к выщелачиванию, не обладает приемлемой радиационной и тепловой стабильностью и без дополнительной защиты не решает проблемы длительного хранения высокоактивных радиоактивных отходов.

Известен контейнер для длительного хранения радиоактивных материалов, изготовленный из стали, имеющей защитные слои на поверхности контура из графита, керамики или эмали /см. патент США N 4596688; НКИ 376-272; заявл. 14.12.82 г. ; опубл. 24.06.86 г./. Однако коррозионная стойкость стали и ее теплопроводность недостаточны для целей особо долговременного захоронения ядерных отходов.

Известна капсула для хранения отходов отработавшего ядерного топлива с повышенной теплопроводностью, которая выполнена цилиндрической и включает сталь и слой меди, электролитически осажденной на нее с образованием гомогенной структуры /см. заявка PCT N WO 96/27884, МКИ⁶ G 21 F 5/00; заявл. 5.03.96 г. ; опубл. 12.09.96 г./. Однако коррозия металлических капсул и выщелачивание нуклидов не гарантирует исключение возможности распространения радионуклидов в окружающую среду.

Известен контейнер, имеющий цилиндрическую форму с трехслойным корпусом. Внутренний и внешний слои защитно-коррозионные, выполнены из чугуна с шаровидным графитом, а промежуточный слой - из высокоаустенитного сфероидального чугуна, содержащего максимум 3% C, 13 - 30% Ni и небольшие добавки Si, Cu, Cr /см. патент США N 4569818, НКИ 376-272; заявл. 19.04.83 г.; опубл. 11.02.86 г. /. Этот контейнер предназначен для транспортировки и временного хранения радиоактивных отходов. Однако для более длительного хранения и захоронения высокоактивных отходов использование его нецелесообразно из-за недостаточной биологической защиты.

Известен контейнер для транспортировки и/или хранения твердых радиоактивных отходов, содержащий основной корпус из стали, на котором расположены охлаждающие ребра и внешняя n-защита. Внутри контейнера находится внутренняя футеровка из коррозионно-устойчивой высококачественной стали, а в кольцевом зазоре между футеровкой и основным корпусом расположен n-защитный слой на основе графита в качестве дополнительной нейтронной защиты /см. заявка N 0036954, ЕПВ, МКИ G 21 F 5/00; заявл. 28.02.81 г.; опубл. 17.10.81г./. Недостаток этого контейнера, как и вышеуказанных аналогов, состоит в невозможности использования его для долговременного хранения и/или захоронения высокоактивных радиоактивных отходов из-за коррозии внутреннего барьера, выполненного из стали, в потоке флюидов.

Известен многослойный контейнер для радиоактивных отходов, взятый авторами за прототип, в котором один из промежуточных слоев для надежного хранения радиоактивных отходов выполнен из керамики, в частности, SiC /см. заявка Японии N 60- 022700, 1985 г., МКИ G 21 F 9/36/. Карбид кремния обладает высокой коррозионной устойчивостью и повышенной теплопроводностью. Однако прочностные характеристики его недостаточно высоки, а стоимость изготовления изделий из чистого карбида кремния довольно значительна.

Задачей настоящего изобретения было создание контейнера для долговременного хранения и/или захоронения радиоактивных отходов, обладающего высокими защитными свойствами в потоке флюидов при одновременном снижении затрат на изготовление изделия, а также повышение его прочности и термостойкости.

Согласно изобретению, поставленная задача решается тем, что предложен многослойный контейнер, один из слоев которого, преимущественно внутренний, выполнен из карбида кремния, содержащего свободный кремний в количестве 3 - 30 мас. %. Кроме того, карбид кремния армирован углеродной составляющей. Карбид кремния может быть выполнен из реакционноспеченного кремния. На реакционноспеченный карбид кремния дополнительно может быть нанесен газофазный карбид кремния.

Отличием предложенного изобретения является выполнение одного из слоев контейнера из карбида кремния, содержащего свободный кремний в количестве 3-30 мас. %. Использование карбида кремния, содержащего свободный кремний в количестве 3 - 30 мас. % позволяет снизить затраты на изготовление изделия при сохранении всех преимуществ карбида кремния за счет образования им непрерывного каркаса в указанном интервале концентраций. Выход за пределы указанного интервала не дает возможности достичь требуемого результата. Использование карбида кремния, армированного углеродной составляющей, повышает прочность и термостойкость изделия. Реакционноспеченный карбид кремния имеет высокие значения теплопроводности: при 300К - 200 Вт/м² град. Использование реакционноспеченного карбида кремния с нанесенным на него из газовой фазы слоя карбида кремния повышает такие характеристики, как модуль упругости, предел прочности, а также способность удерживать продукты деления. Из карбида кремния, содержащего свободный кремний в количестве 3 - 30 мас. %, возможно получение легких, прочных, коррозионно-стойких с высокой теплопроводностью емкостей диаметром до 250 мм и длиной более 2000 мм, что делает контейнеры с таким защитным барьером (внутренней футеровкой или одним из слоев) универсальным для транспортировки, хранения и долговременного захоронения высокоактивных твердых радиоактивных отходов.

Данный контейнер в связи с простотой на чертеже не показан. В качестве одного из вариантов примера использования настоящего изобретения предлагается ампулу из реакционноспеченного карбида кремния, содержащего свободный кремний, бандажировать железобетонной трубой, имеющей продольные пазы для теплоотвода от поверхности ампулы. Проведенный расчетно-теоретический анализ прочности показал, что такой контейнер способен выдерживать достаточно мощные ударные нагрузки, которые могут возникнуть при погрузочно- разгрузочных работах. Такой контейнер может быть использован для хранения и захоронения отработавшего топлива, в том числе дефектного, находящегося на плавтехбазах и в береговых хранилищах ВМФ и атомного ледокольного флота, делящихся материалов демонтируемых боезарядов, а также аварийных реакторов атомных подводных лодок с невыгруженной активной зоной.