SE442926B - Anleggning for forvaring av radioaktivt material i berg - Google Patents

Description

l0 l5 w_ 25 30 8305025-2 Vid upparbetningsprocessen avskiljes det högaktiva avfallet som en _ vattenlösning, vilken koncentreras så mycket som möjligt. Denna lös- ning är emellertid icke lämpad för slutlig förvaring. och efter en lämplig svalningsperiod överföres det därför i fast form. Den bästa metoden att överföra avfallet till fast form anses vara att förglasa avfallet. Detta innebär att avfallet indunstas och kalcineras och därefter upphettas till lämplig temperatur med en tillsats av glas- bildande ämnen. Därvid erhålles en glassmälta som fylls på behållare.

Dessa behållare måste sedan placeras i en lämplig förvaringsanlägg- ning.

Det har föreslagits, att det solidifierade högaktiva avfallet skall slutgiltigt förvaras i bergrum upptagna på stort djup i urberget.

En sådan föreslagen förvaringsanläggning består av en på markytan belägen mottagningsstation för avfallet. Från denna mottagningssta- tion är borrad en vertikal transporttunnel till stort djup i urberget, och från den nedersta delen av denna vertikala tunnel utgår en hori- sontell transporttunnel, i vars golv är borrade ett flertal vertikala hål. Medelst automatiska transportmaskiner skall avfallsbehâllarna transporteras genom nämnda tunnlar och nedsänkas som proppar i de vertikala borrhâlen i den horisontella tunnelns golv. Allteftersom borrhålen fylles med avfallsbehållare tillslutes de upptill t ex med betong.

En sådan förvaringsanläggning åstadkommer en effektiv avskärmning av den radioaktiva strålningen. Urberget utgör emellertid icke något homogent material utan innehåller vanligen sprickor och håligheter och är ofta grundvattenförande. Berget kan även utsättas för deforma- tioner, t ex genom Jordbävningar. Det kan icke heller uteslutas att berggrunden av skilda orsaker kan undergå långsamt skeende deforma- tioner. Vid en förvaringsanläggning av ovan beskrivet slag finnes risk för att sådana deformationer av berggrunden kan medföra sönder- brytning av de i berget förvarade avfallsbehållarna. Vidare finns risk för att grundvattnet kommer i kontakt med det radioaktiva 10 15 20 25 30 35 8305025-2 avfallet, vilket därigenom på okontrollerat sätt kan spridas. Det radioaktiva sönderfallet medför även en värmeutveckling, som ger upphov till konvektionsströmmar i grundvattnet. Den radioaktiva strålningen kan även orsaka en kemisk sönderdelning, s k radiolys, av material som träffas av strålningen. Radiolysen medför att det omgivande vattnet får en mycket högre syrehalt än vanligt vatten och blir starkt frätande, så att risk finnes för att kapslingen av det radioaktiva avfallet frätes sönder och avfallet direkt kom- mer i kontakt med grundvattnet.

Anläggningar för förvaring av radioaktivt material är kända från de svenska patenten SE,C, 7613996-3 (publ.nr 402.176), SE,C, 7707639-6 (publ.nr 416.690), SE,C, 7700552-8 (publ.nr 420.780) samt SE,C, 7702310-9 (publ.nr 420.781). I däri beskrivna anlägg- ningar kan radioaktivt material förvaras under lång tid utan att vatten tränger igenom anläggningen.

Anläggningarna enligt den kända tekniken innefattar en ihålig kropp av fast material, vars inre bildar förvaringsutrymmet för det radio- aktiva materialet. Denna ihåliga kropp är placerad i ett inre hålrum i berget, vilket hâlrum har större dimensioner än den ihåliga kroppen, vilken är så belägen i detta hålrum att dess utsida överallt befinner sig på avstånd från hâlrummets sidor. Mellanrummet mellan den ihåliga kroppen och det inre hälrummets sidor är fyllt med ett plastiskt deformerbart material. I berget utanför det inre hâlrummet är upp- taget ett yttre hålrum, som på alla sidor omgiver det inre hålrummet, och som likaledes är fyllt med ett plastiskt deformerbart material.

Den ihåliga kroppen är lämpligen utförd av betong och har en ellipsoid- liknande eller sfärisk form. Härigenom får den ihåliga kroppen en mycket stor hållfasthet mot påverkan av yttre krafter.

Det vattensvällande, elastiska materialet, som omgiver den ihåliga kroppen och utfyller det yttre hålrummet, utgöres lämpligen av lera, eller 10 l5 20 25 30 35 8305025-2 bentonit. Lera är särskilt lämplig för detta ändamål, eftersom den kan genom jonbytande reamñoner binda radioaktiva klyvningsprodukter och har liten permeabilitet för vatten samt på grund av sin plasti- citet kan deformeras utan att spricka.

Den ihåliga kroppen kan på utsidan vara försedd med ett skikt av värmeisolerande material, vilket kan vara försett med kanaler för cirkulation av kylmedium. Även det inre hålrummet kan vara försett med ett liknande värmeisolerande skikt på sina väggar.

Det inre av den ihåliga kroppen är lämpligen medelst horisontella skiljeväggar uppdelat i flera över varandra belägna rum, vilka är försedda med öppningar för införande av det radioaktiva materialet.

Härigenom utnyttjas utrymmet i den ihåliga kroppen bättre och under- lättas införing och uttagning av det radioaktiva materialet.

I bergmassan mellan det första och andra hålrumnet kan vara anordnat ett schakt eller borrhål innehållande kontrollinstrument, t ex instrument för mätning av fuktighet, temperatur och radioaktiv strål- ning.

Botten i det yttre hålrummet är lämpligen koniskt nedâtbuktad. Häri- genom underlättas införande och sammanpackning av lera eller annat vattensvällande, elastiskt material i botten av det yttre hâlrummet.

Bergmassan mellan det inre och det yttre hâlrummet kommer att vara helt inbäddad i det vattensvällande, elastiska materialet. Detta material kan vara tillräckligt bärkraftigt för att hindra bergmassan från att sjunka i detsamma, men för att ytterligare säkerställa att sådan sjunkning icke skall ske kan det vara lämpligt att stabilisera materialet genom tillsats av något lämpligt stabiliseringsmedel i området under bergmassan.

Krav har emellertid rests på anläggningar med än större säkerhet beträffande reducerat genomflöde av vatten, och därmed minimerad kontaminering av grundvattnet. 10 15 20 25 30 8305025-2 Beskrivning av föreliggande uppfinning Det har nu överraskande visat sig möjligt att kunna uppfylla dessa krav, och gjorda beräkningar visar att en anläggning enligt före- liggande uppfinning skulle kunna hindra en kontakt mellan det radio- aktiva materialet och biosfären. Beroende på val av visst skärmande material kan tiden beräknas till 6-2000 miljoner âr, vilket får anses vara en tillräcklig tid för betryggande slutförvaring av radioaktivt material.

Anläggningen enligt föreliggande uppfinning för förvaring av radio- aktivt material i berg innefattar åtminstone ett första hälutrymme i fast material, vars inre bildar förvaringsutrymme för det radioaktiva materialet, och varvid i berget utanför nämnda första hålutrymme even- tuellt är upptaget ett yttre hålrum som på alla sidor omgiver nämnda första hålutrymme och som är fyllt med ett vattensvällande, plastiskt material. och varvid kring anläggningen löper företrädesvis en spiral- formig tunnel, från vilken access medgivits vid konstruktion och kon- troll av de inre delarna av anläggningen. Uppfinningen karaktäriseras av att runt anläggningen, företrädesvis via den spiralformiga tunneln, anordnats ett större antal huvudsakligen vertikala borrhäl bildande åtminstone en yttre "bur" kring anläggningen, vilken bur har till uppgift att avleda mot och från anläggningen kommande vatten.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med hänvisning till ett på bifogade ritningar visat utföringsexempel. l visar i sektion en anläggning enligt uppfinningen. 2 visar i sektion en utföringsform enligt föreliggande uppfinning för mellanförvaring eller slutlig av radioaktivt material; 3 visar det inre av utföringsformen enligt fig. 2 med ett appli- cerat yttre hålrum; 4 visar en sektion enligt linjen IV-IV i fig. 3. 5 visar en utföringsform av uppfinningen med ett antal samlade utrymmen för radioaktivt material; Fig.

Fig.

Fig.

Fig.

Fig. 10 l5 35 8305025-2 Fig. 6 visar en ytterligare utföringsform av uppfinningen sedd från sidan med två samlade utrymmen för radioaktivt material; Fig. 7 visar del av utföringsformen enligt fig. 6 i snitt längs linjen VII-VII i fig. 6; samt Fig. 8 visar utföringsformen enligt fig. 6 i snitt längs linjen VII1-VIII i fig. 6.

På ritningarna betecknar l berggrunden. i vilken anläggningen är be- lägen på ett visst djup under markytan 2. I berggrunden är upptaget ett inre hâlrum, vars kontur är betecknad 3. En ihålig kropp 4, som är utförd av t ex betong, och vars inre bildar förvaringsutrymmet för det radioaktiva materialet, är anordnad inuti hàlrummet 3 pâ så sätt att utsidan av betongkroppen 4 överallt befinner sig på avstånd från hálrummets 3 vägg. Mellanrwnnet mellan halrummets 3 vägg och betongkroppen 4 är fyllt med lera 5. Denna inre bentonitskärm inkl. sitt hâlutrymme utnyttjas företrädesvis endast vid lágaktivt avfall, då värmebelastningen är begränsad.

Hålrummet 3 är helt omslutet av bergmassa 6, vilken i sin tur är helt omsluten av ett yttre hálrum, vars begränsningskonturer är beteck- nade 7. Det yttre hâlrwnnet 7 är likaledes fyllt med lera 8.

Hâlrummen 3 och 7 har i horisontalsektion lämpligen cirkulär form.

Begränsningsväggarna 7, 8 för det yttre hälrummet sedda i horisontal- sektion bildar därvid två koncentriska cirklar.

Hàlutrymmet 4, som har en ellipsoidisk. cylindrisk eller sfärisk fonn, är upptill försedd med en öppning, som genom ett schakt 9 står i för- bindelse med en horisontell tunnel l0. Genom tunneln l0 och schaktet 9 kan det radioaktiva materialet transporteras in i den ihåliga betong- kroppen 4. Dess inre är medelst skiljeväggar ll uppdelad i flera rum. Det radioaktiva materialet införes successivt i de sålunda bil-_ D- dade rummen. l5 betecknar kroppar innehållande radioaktivt material.

Vissa kroppar i lagrets övre del innehåller ej radioaktivt material och är avsedda att minska värmekoncentrationen i lagret. l0 15 20 25 30 8305025-2 Övervakning kan ske medelst en televisionsanläggning med kameror placerade i öppningar och/eller i hålrummets 4 topp och monitorer placerade på ett lämpligt övervakningsställe på avstånd fran för- varingsanläggningen.

I berggrunden utanfor sjalva forvaringsdelen av anläggningen sträcker sig en spiralformad tunnel l2 från markytan och ned till bottennivân l7 för fbrvaringsdelen. Den spiralformade tunneln l2 har uttagits for transport av utsprängda bergmassor vid konstruktion av förvarings- delen, varvid orter och tunnlar l3 drivits från den spiralfonnade tun- neln l2 inàt mot förvaringsdelens centrum. Mellan respektive varv av den spiralformade tunneln l2 är borrhàl 14 upptagna lämpligen med ett centrumavständ av l-2 m mellan borrhålen l4. Borrhálen l4 mynnar lämpligen i den spiralformade tunnelns l2 yttersida, och forbinds där- vid med varandra till ett antal frán anläggningens topp l6 till dess botten l7 huvudsakligen vertikalt forlöpande hål. Genom att anlägga dessa borrhål 14 kommer vatten som rinner genom makro- och mikro- sprickor i berget att ledas runt anläggningen eller ner till dess bottennivå l7 från vilken vattnet kan avlägsnas medelst pumpar via en ledning 18 lämpligen placerad i spiraltunneln l2, om sa erfordras.

I vissa fall kan borrhâlen laddas och försprängas for utbildning av sprickor (s.k. förspräckning) löpande mellan borrhâlen. Därvid skulle maximal sprickföring mot och mellan borrhalen kunna uppnås, även om gjorda beräkningar tyder på att borrhalen i sig medfor en fullt till- räcklig hydrologisk barriär.

Den visade transporttunneln l0 kan vara direkt ansluten till en anlägg- ning för upparbetning av radioaktivt kärnbränsle. Härigenom minskas de risker. som är förenade med transporten av radioaktivt avfall.

Tunneln är emellertid icke väsentlig för anläggningen enligt upp- finningen. De olika, ovan angivna schakten kan sålunda upptill mynna i någon lämplig byggnad för mottagning av det radioaktiva avfallet. Denna byggnad kan vara belägen pà markytan eller vara insprängd i berget. lO l5 20 25 30 35 8505025-2 I bergmassan 6 kan upptagas ett vertikalt Schakt eller borrhâl, som sträcker sig upp till den horisontella tunneln l0. I detta schakt är anordnade mätanordningar (icke visade) för mätning av temperatur, fuk- tighet och radioaktiv strålning. Dessa mätanordningar kan genom led- ningar i schaktet 9 och tunneln l0 vara förbundna med indikerings- organ i ett lämpligt övervakningsställe. Mätanordningar kan också anordnas ut till tunneln l2.

Anläggningen är givetvis försedd med lämpliga hiss- och transport- anordningar för transport av det radioaktiva avfallet genom schakt och fördelning av avfallet i förvaringsutrymmet i hålrummet 4.

Sådana hiss- och transportanordningar, som lämpligen ar fjärr- styrda, kan vara utförda enligt känd teknik och skall därför här icke närmare beskrivas.

Byggandet av anläggningen kan ske med användning av väl kända metoder för bergbrytning. Först drives arbets- och transporttunnlar och schakt i berget till de ställen, där de båda hålrummen skall vara belägna.

Ursprängningen av de båda hålrummen kan ske nedifrân och uppåt. Det yttre hâlrummet 7 fylles med bentonit- och sandblandning allteftersom bergmassan avlägsnas. Bentonit-sandblandningen packas, så att inga håligheter kvarstår i densannß. I ett område beläget längst ned i det yttre hålrummet kan leran stabiliseras genom tillsats av lämpligt stabiliseringsmedel såsom kvartssand för att säkrare kunna uppbära belastningen från bergmassan 6. När det inre hålrummet 3 är utsprängt fylles först bentonit-sandblandning på botten av hålrummet till lämplig höjd. Därefter gjutes den ihåliga betongkroppen 4 med tillhörande an- slutningsschakt 9. När betongen stelnat, fylles mellanrummet mellan betongkroppen och det inre hålrummets väggar helt med lera. När an- läggningen är färdig, kan de nämnda arbets- och transporttunnlarna fyllas med betong.

Eventuella sprickor i de närmast de båda hålrummen befintliga berg- massorna kan tätas genom injektering med betong eller annat tätnings- material, såsom plastmaterial. _" Un lü lå 25 30 35 8305025-2 Anläggningen enligt uppfinningen kan sägas bestå av ett flertal inuti varandra anordnade skal av olika material, nämligen ett innersta betong- skal 4, ett första skal 5 av bentonit-sandblandning, ett skal 6 be- stående av bergmassa, samt ett andra skal 8 av bentonit-sandblandning, vilket är helt omgivet av berget.

Den i fig. 2-4 visade utforingsformen av uppfinningen omfattar ett inre hálutrymme 4 bestående av ett öppet topputrymme Zl i form av en öppen kon uttagen i berget. samt i botten en ringformad tunnel 22.

Mellan den ringformade tunneln 22 till det konformade topputrymmet 21 löper ett antal grövre vertikaltunnlar 23, vilka har till ändamål att vara öppna och medge en konvektionsventilation till kylning av mellanliggande bergmaterial. Det mellanliggande berget upptager också ett antal vertikalorter 24 med mindre diameter än de forst- nämnda vertikaltunnlarna 23. De mindre vertikalorternas 24 diameter är ca l-l,5 m medan de större vertikaltunnlarna 23 diameter är 2-6 m.

Upptagning av dessa vertikala hål kan ske medelst uppåtgaende verti- kalborrning från det koniska topputrymmet 2l i enlighet med känd teknik. Avsikten är att i de mindre vertikalorterna 24 placera radioaktivt material så att man initialt får största värmeavgiv- ningen i orternas 24 nedre del, varvid uppnås en luftcirkulation i utrymmet såsom åskådliggjorts med pilarna i fig. 2. Genom ett ver- tikalt schakt 25 införes radioaktivt material i lagret och fördelas till de olika vertikalorterna 24 medelst televisionsövervakade robotar (ej visade) Som framgår av Fig. 4 är tunnlarna 23 och orterna 24 placerade i ett cirkulärt system varigenom en maximal kylning av bermaterialet er- hàlles. Genom att det radioaktiva materialet placeras så att luft kan passera genom orterna 24 uppnås också en primär kylning. vilket medför en mindre belastning på bergmaterialet än om all värmen skulle avföras genom bergmaterialet.

På avstånd fran det inre hålutrymmet 4 är i fig. 3 och 4 visat ett yttre hålrum 26, som är fyllt med ett plastiskt deformerbart mate- rial, såsom sandblandad bentonit. l0 15 20 25 30 35 8305025-2 10 _l utföringsformen enligt fig. 2 har denna bentonitbarriär ej anord- nats, eftersom det i många fall får anses tillräckligt med den yttre av den spiralformade tunneln l2 och de tunnelsystemet förbindande borrhålen 14 bildade buren, för att förhindra inträngning av vatten i systemet, genom avpumpning och/eller förbiledning av vatten.

I fig. 2 har också schematiskt angivits en ytterligare alternativ utföringsform som innebär att man runt anläggningen lägger en ytter- ligare barriär av borrhâl 27, vilka kan förbindas med den ovannämnda buren i sin bottennivå för evakuering av inträngande vatten. Borr- hålen 27 upptages från två ringformade tunnlar 28 och 29 belägna i nivå med anläggningens topp respektive botten. I bottennivån finns också ett pumprum 30 anordnat, samt en tunnel 31 förbindande anläggningens botten l7 med pumprummet 30.

Området kring borrhälen 27 kan alternativt förspräckas genom spräng- ning varefter sandblandad bentonit injiceras i bergmaterialet.

Om förskjutningar, sättningar och omlagringar skulle inträffa i berget utanför anläggningen, kommer dessa rörelser i berget att i första hand medföra en deformation av det yttre lerskalet 8, 26. Om detta lerskal är tillräckligt tjockt, överföres deformationskrafterna icke i någon högre grad till de inre skalen. Om deformationerna skulle vara så stora att även skalet 6 av bergmassa pâverkas, kommer deformations- krafterna att ytterligare dämpas av det inre lerskalet 5. Det innersta betongskalet 4, som lämpligen har en ellipsoidisk, cylindrisk eller sfärisk form, har en mycket hög hållfasthet mot utifrån verkande tryckkrafter. Icke ens mycket kraftiga deformationer, t ex deforma- tioner orsakade av jordbävningar, kan därför påverka anläggningen i sådan grad att även det innersta betongskalet 4 sönderbrytes.

I fig. 5 visas en anläggning enligt föreliggande uppfinning vari ett antal hålutrymmen 4, enligt figuren sju till antalet, samlats i form av en regelbunden 6-hörning med ett centralt utrymme. Varje utrymme 4 täcker en diameter av l20 m och är separerade från övriga utrymmen l0 l5 20 25 30 35 8305025-2 ll med l20 m. Kring samtliga utrymmen är en spiralformad tunnel l2 dragen, genom vilken en första serie 32 vertikala borrhål (ej visade) är anordnade. Utanför denna första bur är pä 30 m avstånd från var- andra och från den första inre serien av hål två ytterligare serier 33, 34 av hålridáer upptagna i berget.

I fig. 6 visas ett vertikalt snitt genom en anläggning med två ut- rynmen 4 för lagring av radioaktivt avfall. Utanför de båda lagren 4 är tvâ på avstånd från varandra anordnade ridáer av huvudsakligen vertikala borrhål 35 och 36 med sammanbindande snedställda ridåer 37 och 38 till bildning av två burar. För uppborrning av hålridåerna har upptagits tolv horisontella tunnlar, samtliga benämnda 39. Varje för- varingsutrymme 4 består av en övre horisontell centraltunnel 40 från vilken drivits ett större antal vertikala borrhål 4l nedåt i berget, vilka borrhål 4l bildar lagringsutrymmen för radioaktivt material.

Under samtliga borrhâl 4l löper en nedre horisontell centraltunnel 42 vilken anordnats för att åstadkonma ventilation/luftväxling i lagret. Ventilationen underlättas ytterligare genom att i varje lager upptagits fyra vertikala grövre borrhâl 46 såsom framgår av fig. 7 och 8. Vidare underlättas ventilationen av att tvâ horison- tella topp- och tvâ horisontella bottentunnlar 43 anordnats, vilka star i förbindelse med respektive centraltunnel 41 och 42 genom vertikala borrhål 44. Respektive topp- och bottentunnel 43 är sedan sammanbundna med varandra medelst en förbindelsegâng 45.

Det radioaktiva materialet som skall förvaras införes via en ej visad transporttunnel till de övre horisontella centraltunnlarna 40, var- ifrån det medelstlv-övervakande robotar nedföres i lagerhålen 41.

Omlagring av materialet mellan hålen 4l kan också ske medelst nämnda robotar.

Anläggningen förläggas lämpligen pá stort djup i berggrunden.

Anläggningen som sådan har en diameter i horisontalsnittet av ca l70 m, varvid själva centrala förvaringskroppen med inre ler- eller bentonitbarriär har en diameter av ca 40 m; utanför vilken följer 10 8305025-2 l2 ett ca 40 m brett bergmassiv till den andra ler- eller bentonit- barriären, varefter kommer ytterligare berg (l5-20 m) till den spiralformade tunneln, vilken i sig har en bredd av 4-8 m.

Beroende på om anläggningen används för slutforvaring eller mellan- förvaring och hur den ventileras för kylning av det radioaktiva mate- rialet kan den rymma upp till l.500 ton radioaktivt material. Tempe- raturen inuti bergrumnet beräknaš till max l80°C efter ca lO-l5 âr, varvid dock temperaturen kan sänkas väsentligt vid mellanförvaring om ventilationen är stor.

Claims (3)

10 l5 20 25 8305025-2 13 PATENTKRAV l. Anläggning för förvaring av radioaktivt material i berg inne- fattande åtminstone ett första hâlutrymme (4) av fast material, som bildar förvaringsutrymme för det radioaktiva materialet, och varvid i berget utanför nämnda första hålutrymme (4) är eventuellt upptaget ett yttre hålrum (7) som på alla sidor omgiver nämnda första hâlut- rymme (4) och som är fyllt med ett plastiskt deformerbart material (8) och varvid kring det yttre hâlrummet (7) löper en företrädesvis spiral- formig tunnel (l2) från vilken tillträde via tillfartstunnlar (l3) till de yttre och inre hâlrumen (4, 7) medgivits vid konstruktion och för kontroll av de inre delarna av anläggningen, k ä n n e- t e c k n a d av att runt anläggningen företrädesvis via den spiral- formiga tunneln (l2) anordnats ett större antal, huvudsakligen verti- kala borrhâl (l4) bildande åtminstone en yttre bur kring anläggningen, vilken bur har till uppgift att avleda mot och från anläggningen kom- mande vatten.

2. Anläggning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att de huvudsakligen vertikala borrhålen (14) anordnats med ett avstånd av upp till 4 m, företrädesvis upp till 2 m emellan sig.

3. Anläggning enligt krav l-2, k ä n n e t e c k n a d av att berget mellan borrhâlen (l4) försprängts till bildning av sprickor mellan nämnda borrhâl (l4).