[发明专利]用于在核电设施处核材料就地处理与控制的应急方法和系统

说明书

一种在紧急情况时安全地隔离可移动的放射性物质的系统和方法，包括一位于极接近处并位于一足够的深度处以安全地隔离物质的钻井。已经或预先准备好的垂直定向的重力裂缝被定位在钻井的底端，其中可移动的放射性物质在紧急情况时进入重力裂缝中。在放射性物质正被处理时，稠密的浆体或流体可与可移动的放射性物质混合以建立或传播重力裂缝。

技术领域

本发明涉及有害物质和核废料处理，尤其是涉及在正常操作时和紧急情况时放射性物质的现场实时处理。

背景技术

当核反应堆堆芯过热到至少一个核燃料元件或棒超过其熔点时，核燃料和核裂变产物可能暴露在冷却水中而导致爆炸。随后的故障可导致这些放射性物质破坏安全壳的其他层，并被运输到周围环境中。

在发生过热情况或熔化情况时，通常就地采用应急措施来控制放射性物质的扩散。但是，当紧急情况发生时，这些措施都不能立即实时地就地处理该物质。

目前正在开发用于待在深钻井(15000ft或4572m)被处理的核材料或废料的计划，但所述废料首先被放入专用的安全壳中，然后安全壳被沉入钻井中并接合在里面。这种方法被认为是一种将废料与人类或生态系统隔离的方法，但安全壳的使用使其不适合紧急情况。此外，钻井一旦被接合就不能重复使用。

发明内容

一种就地处理系统和方法使用了一位于接近于污染源或放射性物质源(例如但不限于反应堆堆芯或现有的核废料处理场)处的钻井。钻井被钻孔至以可接受的岩石(例如但不限于花岗岩和片麻岩)中，并位于一足够的深度处以安全地将放射性物质与环境以及泄露到所述钻井中的任何潜在的水源隔离。所述系统和方法被布置使得反应堆堆芯和钻井之间不需要离场运输。即使电力或其他供电不可用时，所述系统的设计也能够起作用。

所述系统和方法的优选实施例旨在于钻井中隔离热固体或流体、水、或者流体或细粒的固体、或者这些材料的组合。在一优选实施例中，一完全被包住的钻井被多孔材料部分地填充，而且一泵被用于保持上述多孔材料干燥。这提供了干燥的钻井，其中熔化的物质可被放置至其中以安全地将熔化的物质与环境隔离，并阻止或降低蒸汽爆炸的危险。

在另一优选实施例中，一具有泵的包装机被用于保持可放置熔化的物质的干燥的钻井。砂砾或其他合适的材料可被放置在封隔器的顶部，以建立熔化的物质的向下移动的隔离屏障。

在又一优选实施例中，钻井的套管被穿孔，且穿孔与诸如水能够容易流动的天然砂层或砂砾填充的水力压裂的可渗透区相交。该实施例可被用于安全地隔离污水，并可被用于在紧急情况时足够快速地处理所述水以阻止污染环境。

在又一个优选实施例中，在岩层中的重力裂缝位于或朝向钻井的底端，其中放射性物质进入重力裂缝，并且可选地，由于密度效应而进一步向下传播重力裂缝。

在另一优选实施例中，在放射性物质正被处理时，与放射性物质混合的稠密的浆体或流体建立和传播重力裂缝。

钻井可选地包括沿其长度的至少一部分被定位的加热装置，以阻止熔化的物质过早固化。

本发明的目的包括提供一种系统和方法，(1)其就地与地下处理和容纳放射性物质，从而消除了将物质转移至场外的需要；(2)将所述物质从其源头移除——例如但不限于反应堆堆芯——并将所述物质输送至一位于所述源头附近的深钻井中；(3)其随时可用且迅速的用于紧急情况的处理和所述物质的安全的地下隔离；(4)安全地使热固体或流体、水、或者流体或细粒的固体与环境下层隔离；(5)不需要电源来处理所述物质；(6)降低或消除在处理时的蒸汽的产生与爆炸的危险；(7)控制在处理时的所述物质的粘度和温度；(8)适应被储存在现场的其他放射性废料的处理，例如但不限于预先被储存在玻璃容器中的废料；(9)利用已准备好的(预先、在紧急情况发生之前)重力裂缝或在处理时建立重力裂缝；(10)在处理之前不需要将所述物质放置在安全壳中；以及(11)能够使用监测井进行监测。

附图说明