用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库及处置方法

技术领域

本发明涉及核电技术，特别是涉及用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库及处置方法。

背景技术

针对核电站运行和退役产生的低中放固体废物，国内通常的做法是进行近地表处置。根据IAEA于2009年颁布的新的放射性废物分类标准，其建议对中放废物尤其是长寿命低中放废物要进行更大深度的处置，对比国内相关法规，可对其进行地下几十米的岩洞型处置。目前国外已有建成的岩洞型处置场，国内正在进行相关的研究和准备工作，并计划在十三五期间进行设计建造。国内废物处置场是按照区域进行建设的，每个处置场收集周边省份几个核电厂的废物进行处置，处置场设计建造难度大，建设周期长，且废物在转运到处置场的过程中存在泄漏的可能，目前国际上更倾向于把处置场建造在相关核设施附近，处置场规模不大，仅服务于该核设施，勘察设计时可以与核电站统一规划，且避免了废物运输的风险。

根据相关规范要求，废物包在处置单元内的摆放设计应体现最优化，以便尽量多的摆放废物包，并考虑废物包摆放的稳定性，同时应考虑工作人员所受剂量尽量少。根据废物包表面剂量率的不同，国际上有分开堆码和混合堆码两种形式。分开堆码形式需要根据废物包表面剂量率设计多个处置区，处置区的设计建设规模和难度均较大，另一方面，由于不同剂量废物包的数量差别较大，分开处置的空间利用率不高，经济性较差。根据国际上的经验，一座大型筒仓式处置场可以满足两台百万千瓦级核电站60年运行期产生的所有低中放废物，混合处置的经济性较好。

国内近地表处置也有混合堆码的形式，表面剂量率大的货包靠下堆放，剂量率小的货包覆盖在上方，但是表面剂量率大的货包集中堆放会产生剂量累积和释热率的增大，对人员防护和300-500年处置期中屏障材料的影响较大；国外岩洞处置库混合堆码的形式也未考虑累积效应以及对屏障材料的影响。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库及处置方法，使其既能保证堆码结构稳定和处置容量的最大化，又能防止剂量的累积，减少对处置人员的辐射量和对屏障材料的影响，同时，通过分区布置，可以保证在有地下水侵入式，产生尽可能少的核素浸出量。

本发明提供的一种用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库，包括衬砌筒仓，所述衬砌筒仓内部堆放有废物集装钢箱，所述废物集装钢箱分别包括低表面剂量率钢箱、第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱，所述低表面剂量率钢箱设置于衬砌筒仓内腔的外侧、顶部和底部，所述第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱位于低表面剂量率钢箱内侧，所述第一高表面剂量率钢箱成排设置，所述第二高表面剂量率钢箱成排设置，在同一水平面上的每排第一高表面剂量率钢箱和每排第二高表面剂量率钢箱间隔设置，所述第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱相邻上下位置间隔设置。

在上述技术方案中，所述低表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶；所述第一高表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶和高表面剂量率废物桶，其中，多个低表面剂量率废物桶集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶集中成另一排设置，一排低表面剂量率废物桶与一排高表面剂量率废物桶上下间隔设置；所述第二高表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶和高表面剂量率废物桶，其中，多个低表面剂量率废物桶集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶集中成另一排设置，每排低表面剂量率废物桶与每排高表面剂量率废物桶的上下摆放位置与第一高表面剂量率钢箱内的摆放位置相反。

在上述技术方案中，所述低表面剂量率废物桶为表面剂量率小于2mSv/h的废物桶，所述高表面剂量率废物桶为表面剂量率大于2mSv/h的废物桶。

在上述技术方案中，所述衬砌筒仓内腔、低表面剂量率钢箱、第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱之间的缝隙设有水泥黏土封闭结构，所述水泥黏土封闭结构顶面高出位于顶部的低表面剂量率钢箱顶面；所述低表面剂量率钢箱内在低表面剂量率废物桶和低表面剂量率钢箱空隙之间设有水泥固化结构，所述第一高表面剂量率钢箱内在高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶和第一高表面剂量率钢箱空隙之间设有水泥固化结构，所述第二高表面剂量率钢箱内在高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶和第二高表面剂量率钢箱空隙之间设有水泥固化结构。

在上述技术方案中，所述低表面剂量率钢箱内共有四排低表面剂量率废物桶，每排3个低表面剂量率废物桶；所述第一高表面剂量率钢箱分别有两排高表面剂量率废物桶和两排低表面剂量率废物桶，每排高表面剂量率废物桶为3个，每排低表面剂量率废物桶为3个，第一排和第三排为高表面剂量率废物桶，第二排和第四排为低表面剂量率废物桶；所述第二高表面剂量率钢箱分别有两排高表面剂量率废物桶和两排低表面剂量率废物桶，每排高表面剂量率废物桶为3个，每排低表面剂量率废物桶为3个，第一排和第三排为低表面剂量率废物桶，第二排和第四排为高表面剂量率废物桶。

本发明提供的一种用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置方法，包括如下步骤：步骤一、建造衬砌简仓，并准备包括低表面剂量率钢箱、第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱废物集装钢箱在内的废物集装钢箱；步骤二、在衬砌简仓底层堆放低表面剂量率钢箱，并在底层的低表面剂量率钢箱上堆放第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱，将多个第一高表面剂量率钢箱堆成一排，将多个第二高表面剂量率钢箱堆成一排，在同一水平面将各排第一高表面剂量率钢箱和每排第二高表面剂量率钢箱间隔布置，并在相邻上下位置间隔设置第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱，当一层的第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱堆放好后，再在第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱的外侧堆放低表面剂量率钢箱；步骤三、在第一高表面剂量率钢箱和第二高表面剂量率钢箱的顶部堆放低表面剂量率钢箱。

在上述技术方案中，所述步骤一中，低表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶；所述第一高表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶和高表面剂量率废物桶，其中，多个低表面剂量率废物桶集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶集中成另一排设置，一排低表面剂量率废物桶与一排高表面剂量率废物桶上下间隔设置；所述第二高表面剂量率钢箱内装载低表面剂量率废物桶和高表面剂量率废物桶，其中，多个低表面剂量率废物桶集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶集中成另一排设置，每排低表面剂量率废物桶与每排高表面剂量率废物桶的上下摆放位置与第一高表面剂量率钢箱内的摆放位置相反。

在上述技术方案中，将表面剂量率小于2mSv/h的废物桶标记为低表面剂量率废物桶，将表面剂量率大于2mSv/h的废物桶标记为高表面剂量率废物桶。

在上述技术方案中，所述步骤一中，在低表面剂量率钢箱内装载完低表面剂量率废物桶后，在低表面剂量率废物桶和低表面剂量率钢箱空隙之间充填水泥；在第一高表面剂量率钢箱内装载完高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶后，分别在高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶和第一高表面剂量率钢箱空隙之间充填水泥；在第二高表面剂量率钢箱内装载完高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶后，分别在高表面剂量率废物桶、低表面剂量率废物桶和第二高表面剂量率钢箱空隙之间充填水泥；所述步骤二中、每层钢箱吊装完后用水泥黏土浆在衬砌筒仓内进行灌浆，并使水泥黏土浆高于该层钢箱顶面。

在上述技术方案中，还包括步骤四、衬砌筒仓内堆满钢箱后，在衬砌筒仓内腔和低表面剂量率钢箱之间的缝隙充填水泥黏土浆，使灌浆高度高于位于顶部的低表面剂量率钢箱。

本发明用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库及处置方法，具有以下有益效果：

一、处置库建在核电厂附近，一座大型筒仓式处置库可以满足两台百万千瓦机组60年寿期内产生的低中放废物的处置需求，同时对不同表面剂量率的废物包进行混合处置，符合核电厂每年产生的不同剂量废物包的比例，不用为剂量率大但数量少的废物包专门建造处置库，处置库的经济性较好。

二、通过对废物包进行分区布置，可以减少表面剂量率较大的货包集中堆放产生的剂量累积和释热率的增加，由此可以减缓对废物桶以及屏障材料使用寿命的影响。

三、通过对废物包进行分区布置，剂量率低的废物包码放在处置区的外侧和底部，可以减少废物包在处置区吊装和运输时对人员的辐射。

四、通过对废物包进行分区布置，当有地下水侵入筒仓内时，最先与表面剂量率小的废物包接触，从而减少和延缓了放射性核素随地下水的迁移。

五、使用钢箱对钢桶废物包进行打包，可以提高废物装载效率，相比钢桶直接堆码的形式，堆码的结构稳定性更好。

附图说明

图1为本发明用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库的整体剖视图；

图2为图1中底层钢箱的结构俯视图；

图3为图1中第二层钢箱的结构俯视图；

图4为图1中第三层钢箱的结构俯视图；

图5为图1中低表面剂量率钢箱内布置的结构侧视图；

图6为图5的结构主视图；

图7为图1中第一高表面剂量率钢箱的结构侧视图；

图8为图7的结构主视图；

图9为图1中第二高表面剂量率钢箱的结构侧视图；

图10为图9的结构主视图；

图11为本发明用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图1至图4，本发明用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置库，包括衬砌筒仓1，所述衬砌筒仓1内部堆放有废物集装钢箱5，所述废物集装钢箱5分别包括低表面剂量率钢箱5-1(图1至图4中标记为A)、第一高表面剂量率钢箱5-2(图1至图4中标记为B)和第二高表面剂量率钢箱5-3(图1至图4中标记为C)，所述低表面剂量率钢箱5-1设置于衬砌筒仓1内腔的外侧、顶部和底部，所述第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3位于低表面剂量率钢箱5-1内侧，所述第一高表面剂量率钢箱5-2成排设置，所述第二高表面剂量率钢箱5-3成排设置，在同一水平面上的每排第一高表面剂量率钢箱5-2和每排第二高表面剂量率钢箱5-3间隔设置，所述第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3相邻上下位置间隔设置。

参见图5至图6，所述低表面剂量率钢箱5-1内装载低表面剂量率废物桶3；优选为，所述低表面剂量率钢箱5-1内共有四排低表面剂量率废物桶3，每排3个低表面剂量率废物桶3。参见图7至图8，所述第一高表面剂量率钢箱5-2内装载低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2，其中，多个低表面剂量率废物桶3集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶2集中成另一排设置，一排低表面剂量率废物桶3与一排高表面剂量率废物桶2上下间隔设置；优选为，所述第一高表面剂量率钢箱5-2分别有两排高表面剂量率废物桶2和两排低表面剂量率废物桶3，每排高表面剂量率废物桶2为3个，每排低表面剂量率废物桶3为3个，第一排和第三排为高表面剂量率废物桶2，第二排和第四排为低表面剂量率废物桶3。参见图9至图10，所述第二高表面剂量率钢箱5-3内装载低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2，其中，多个低表面剂量率废物桶3集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶2集中成另一排设置，每排低表面剂量率废物桶3与每排高表面剂量率废物桶2的上下摆放位置与第一高表面剂量率钢箱5-2内的摆放位置相反；优选为，所述第二高表面剂量率钢箱5-3分别有两排高表面剂量率废物桶2和两排低表面剂量率废物桶3，每排高表面剂量率废物桶2为3个，每排低表面剂量率废物桶3为3个，第一排和第三排为低表面剂量率废物桶3，第二排和第四排为高表面剂量率废物桶2。所述低表面剂量率废物桶3为表面剂量率小于2mSv/h的废物桶，所述高表面剂量率废物桶2为表面剂量率大于2mSv/h的废物桶。所述储存低中放废物的钢桶为国家标准型号，一般为400L和200L，本文根据打包钢箱的尺寸采用400L钢桶。

根据国内核电厂的运行经验，核电厂每年产生的低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2的比例大致为3:1，因此在对废物桶进行打包的时候，考虑年产废物种类和总量，打包钢箱分为两种类型，第一种类型只打包低表面剂量率废物桶3，标记为A类钢箱(低表面剂量率钢箱5-1)；第二种类型为低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2的混合打包钢箱，并根据低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2的摆放顺序不同标记为B类钢箱(第一高表面剂量率钢箱5-2)和C类钢箱(第二高表面剂量率钢箱5-3)。

所述衬砌筒仓1内腔、低表面剂量率钢箱5-1、第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3之间的缝隙设有水泥黏土封闭结构，所述水泥黏土封闭结构顶面高出位于顶部的低表面剂量率钢箱5-1顶面；参见图6，所述低表面剂量率钢箱5-1内在低表面剂量率废物桶3和低表面剂量率钢箱5-1空隙之间设有水泥固化结构4，参见图8，所述第一高表面剂量率钢箱5-2内在高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3和第一高表面剂量率钢箱5-2空隙之间设有水泥固化结构4，参见图10，所述第二高表面剂量率钢箱5-3内在高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3和第二高表面剂量率钢箱5-3空隙之间设有水泥固化结构4，利用水泥固化结构4填充钢箱与钢桶之间的间隙，可以保证钢箱在吊装和堆放过程中的稳定性。

参见图11，本发明用于低中放废物包混合分区堆码的岩洞处置方法，包括如下步骤：

步骤一、建造衬砌简仓1，并准备包括低表面剂量率钢箱5-1、第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3废物集装钢箱5在内的废物集装钢箱5，具体过程为：

1、将表面剂量率小于2mSv/h的废物桶标记为低表面剂量率废物桶3，将表面剂量率大于2mSv/h的废物桶标记为高表面剂量率废物桶2；

2、低表面剂量率钢箱5-1内装载低表面剂量率废物桶3，在低表面剂量率钢箱5-1内装载完低表面剂量率废物桶3后，在低表面剂量率废物桶3和低表面剂量率钢箱5-1空隙之间充填水泥；

3、所述第一高表面剂量率钢箱5-2内装载低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2，其中，多个低表面剂量率废物桶3集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶2集中成另一排设置，一排低表面剂量率废物桶3与一排高表面剂量率废物桶2上下间隔设置，在第一高表面剂量率钢箱5-2内装载完高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3后，分别在高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3和第一高表面剂量率钢箱5-2空隙之间充填水泥；

4、所述第二高表面剂量率钢箱5-3内装载低表面剂量率废物桶3和高表面剂量率废物桶2，其中，多个低表面剂量率废物桶3集中成一排设置，多个高表面剂量率废物桶2集中成另一排设置，每排低表面剂量率废物桶3与每排高表面剂量率废物桶2的上下摆放位置与第一高表面剂量率钢箱5-2内的摆放位置相反，在第二高表面剂量率钢箱5-3内装载完高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3后，分别在高表面剂量率废物桶2、低表面剂量率废物桶3和第二高表面剂量率钢箱5-3空隙之间充填水泥；

步骤二、在衬砌简仓1底层堆放低表面剂量率钢箱5-1，并在底层的低表面剂量率钢箱5-1上堆放第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3，将多个第一高表面剂量率钢箱5-2堆成一排，将多个第二高表面剂量率钢箱5-3堆成一排，在同一水平面将各排第一高表面剂量率钢箱5-2和每排第二高表面剂量率钢箱5-3间隔布置，并在相邻上下位置间隔设置第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3，当一层的第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3堆放好后，再在第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3的外侧堆放低表面剂量率钢箱5-1；每层钢箱吊装完后用水泥黏土浆在衬砌筒仓1内进行灌浆，并使水泥黏土浆高于该层钢箱顶面；

步骤三、在第一高表面剂量率钢箱5-2和第二高表面剂量率钢箱5-3的顶部堆放低表面剂量率钢箱5-1；

步骤四、衬砌筒仓1内堆满钢箱后，在衬砌筒仓1内腔和低表面剂量率钢箱5-1之间的缝隙充填水泥黏土浆，使灌浆高度高于位于顶部的低表面剂量率钢箱5-1。

为尽量减少钢箱表面辐射剂量在废物运输和吊装过程中产生的辐射，对每一层的废物钢箱，B、C类钢箱靠近处置区域的内侧，A类钢箱布置在处置区域的外侧和底部。为减少表面剂量率大的废物桶的剂量累积效应，对每层处置区域的B、C类钢箱进行间隔布置，对下层布置B类钢箱的位置，上层则布置C类钢箱。根据总的布置原则，单层钢箱的分区布置形式分为三种，图2中6为第一种布置形式，该层布置区域只摆放A类钢箱，处置区的底层和顶层采用这种布置形式。采用布置形式6铺满处置区的底层，并利用水泥黏土浆填充钢箱间隙，灌浆高出钢箱上方一定高度。第二层钢箱采用图3中处置形式7，第三层钢箱采用图4中的处置形式8，如此每层按照7878…的堆码方法向上间隔堆放，处置区的顶部采用处置形式6，至此废物钢箱5填满衬砌筒仓1。为减少废物吊装过程中的人员辐射，整个废物钢箱的吊装采用远程控制的数控环吊完成。每层处置区填满后都用水泥黏土浆进行灌浆，保证整体堆码结构的稳定和受力均匀。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。