放射性废物的储存、运输和处置用容器的制作方法

1.本发明涉及核技术领域，具体而言，本发明涉及用于保护环境免受环境有害物质影响的装置，该装置可以用于储存、运输和处置剧毒废物，例如来自核电站、核动力船的放射性废物、化学工业中的有毒物质和其他有害工业废物。


背景技术：

2.已知可用于固体放射性废物的容器由钢制保护外壳的形式制成，其中钢制保护外壳具有内部放置废物的钢容器，外壳和容器之间的空间填充有由甲醛树脂制成的填料(美国专利no.4377509，g21f 9/24,1983)。
3.已知容器的缺点在于废物处置的可靠性不能令人满意，这与该容器的耐腐蚀性不足有关。已知可用于固体放射性废物的容器以多层外壳的形式制成，其中中间层之一由碳化硅制成(日本技术no.60-022700，g21f 9/36,1985)。
4.该容器的缺点在于由于碳化硅层的易碎性而导致的强度特性不能令人满意，这降低了容器在与废物装载、在运输过程中移动容器以及装载到由混凝土或铸铁制成的运输容器相关的技术操作期间的操作可靠性。
5.与本发明在技术本质和所获得的结果方面最接近的是这样一种用于固体放射性废物用容器，所述容器包括由游离硅含量为3重量％至30重量％的反应烧结碳化硅制成的罐，该罐的表面施加有气相碳化硅层(俄罗斯专利no.2140402，g21f 5/005,1998)。
6.用于储存、运输和处置固体放射性废物的已知容器的缺点在于进一步降低了碳化硅罐的低冲击强度，这是因为通过将温度为1200℃的玻璃化废物倒入碳化硅罐中，从而将放射性废物置于容器中。这会导致罐中出现热应力，并且在玻璃化废物冷却后产生残余应力，该残余应力降低了罐在以下技术操作期间的操作可靠性：装载废物、在运输过程中移动容器和其他操作。此外，该容器的缺点在于缺乏保护环境免受由放射性废物发出的辐射的手段。


技术实现要素：

7.本发明的目的是增加固体放射性废物用容器的强度及其可靠性，以及保护环境免受由高水平放射性废物(hlw，也称为高放废物)发出的核辐射的影响。
8.本发明的目的是通过以下方式实现的：由游离硅含量为3重量％至30重量％的反应烧结碳化硅制成的罐的外层由泡沫金属(泡沫铝、泡沫钛、泡沫铜等)制成，由反应烧结碳化硅制成的罐的表面覆盖有气相碳化硅层，在具体情况中，泡沫铝的孔隙率为60％至70％、孔径为5mm至6mm、孔填充有分散的40微米至50微米的b4c粉末，这保护了环境免受由hlw发出的核辐射的影响。
9.设定目标的实现与本发明的显著特征之间的因果关系如下：
10.为了将冲击力降低到在技术操作(装载废物、当将容器装载至运输容器中时移动容器和其他动作)期间可能遭受冲击的情况下确保碳化硅罐的完整性的值，容器的外层由
开孔率为50％至60％、孔径为5mm至6mm的泡沫金属制成，孔填充有分散的40微米至50微米的碳化硼粉末，这保护了环境免受由hlw发出的核辐射的影响。
11.为了降低碳化硅罐内的残余应力，排除了熔融玻璃化高放废物与碳化硅罐的壁的接触，为此将玻璃化熔融高放废物倒入放置在碳化硅罐内的钢容器中，该钢容器的壁与罐之间的间隙为5mm，其中倒入有分散的100微米至150微米的碳化硼粉末。
12.外层的参数(保护罐不被破坏的泡沫铝的厚度、其孔隙率、孔径、置于孔中的粉末量)取决于罐的尺寸及其重量。通过数学方法进行这些参数的确定，在ansis程序中进行全部计算。作为初始数据，容器的重量为170kg，罐材料的强度为270mpa，当从1.2m的高度下落时罐中的应力不应当超过20mpa至25mpa。在这些条件下，计算结果如下：孔隙率为60％至70％、孔径为5mm至6mm的泡沫铝层的厚度为110mm。
具体实施方式
13.如下实现所提出的设计：
14.使用以下技术制造由渗硅碳化硅制成的罐。通过流体静压从所需配方的填料中压制出具有所需几何形状的坯料，然后进行热操作：在t＝150℃时聚合，在t＝900℃时碳化，在t＝1500℃时硅化，从而得到游离硅含量为3重量％至30重量％的碳化硅罐。喷砂后，通过气相法在罐的外表面施加碳化硅层。在以这种方式获得的罐的外表面上设置厚度为110mm的泡沫金属层(泡沫铝、泡沫钛、泡沫铜等)，在泡沫金属之上设置1.5mm厚的钢外壳。泡沫金属的孔填充有分散的40微米至50微米的b4c粉末(参见图1)。
15.测试结果
16.当从1.2m的高度下落到钢板上时，根据原型制造的容器发生破裂，因为由冲击引起的应力水平超过了碳化硅的强度，该强度为250mpa。
17.在高度为1.2m的抛掷测试期间，在测试中心“tsniimash-analitika-prochnost”的支架上进行实验容器的几何稳定性和气密性的实验测定，该实验容器具有碳化硅罐，该碳化硅罐具有孔隙率为50％至60％、孔径为5mm至6mm的泡沫铝外层，回填有分散的40微米至50微米的碳化硼粉末。
18.获得了以下结果：
[0019]-在具有碳化硅罐(该碳化硅罐具有含有hlw的小罐模拟物)的容器的垂直下落期间，该容器保持了完整性和气密性；
[0020]-在具有碳化硅罐(该碳化硅罐具有含有hlw的小罐模拟物)的容器的侧表面保持水平并垂直下落期间，该容器保持了完整性和气密性；
[0021]-在具有碳化硅罐(该碳化硅罐具有含有hlw的小罐模拟物)的容器的侧表面呈45
°
角并垂直下落期间，该容器保持了完整性和气密性；
[0022]
在抛掷期间，罐中产生的应力不超过10mpa至15mpa。
[0023]
当从1.2米的高度下落时，罐所获得的积极测试结果表明初步计算的估算值与实验之间的一致性令人满意，并且容器的强度和可靠性符合所需特性。
[0024]
因此，与已知容器(俄罗斯专利no.2140402，g21f 5/005,1998)相比，本技术所提出的用于储存、运输和处置放射性废物的容器为储存和处置放射性废物提供了增加的强度和可靠性，并且保护环境免受放射性辐射。
[0025]
放置在具有hlw的容器和碳化硅罐的内表面之间的间隙中的碳化硼粉末，以及放置在泡沫铝层中的碳化硼粉末，将辐射强度降低到背景值。
附图说明
[0026]
图1示出了用于存储、运输和处置剧毒废物的容器的图，剧毒废物例如为来自核电站、核动力船舶的放射性废物、化学工业的有毒物质和其他有害工业废物。
[0027]
该容器包括(图1)：
[0028]
1：由渗硅碳化硅制成的罐；
[0029]
2：具有连通孔且孔隙率为60％至70％、孔填充有碳化硼粉末的泡沫金属；
[0030]
3：金属外壳；
[0031]
4：装有高放废物的钢罐；
[0032]
5：高放废物；
[0033]
6：在罐和罐的内表面之间的间隙；
[0034]
7：填充的碳化硼粉末；
[0035]
8：由渗硅碳化硅制成的罐的盖子，该盖子通过反应焊接焊接至罐。