Введение к работе
Актуальность работы. Концепция подземного размещения объектов атомной энергетики основана на использовании природных свойств породного массива, которому отводится роль основного защитного барьера. Опыт эксплуатации подземных атомных станций (ПАС), построенных в различных странах мира в 60-ые годы, подтвердил техническую осуществимость подземного размещения реакторных установок (РУ). Вместе с тем, фактический материал, накопленный при эксплуатации единственной в нашей стране ПАС на площадке Красноярского горно-химического комбината (ГХК), показал, что одним из важнейших факторов, определяющих безопасность таких объектов, является тепловое влияние РУ на крепь и вмещающий массив. Поэтому уже первые проектные разработки по ПАС выявили необходимость изучения тепловых воздействий при различных режимах эксплуатации РУ.
При подземном захоронении радиоактивных отходов (РАО), как и в случае ПАС, массив горных пород выполняет функцию последнего и основного защитного барьера, надежность которого определяется не только геологическими и горно-техническими условиями, но и воздействиями РАО, основными из которых являются тепловые нагрузки. Тепловые воздействия на защитные барьеры могут оказывать негативное влияние на стабильность физико-химических параметров многобарьерной системы и способствовать развитию термомеханических эффектов в ближней зоне хранилища.
Поэтому изучение теплового фактора в проблеме создания подземных атомно-энергетических объектов представляет актуальную научно-техническую задачу и является одним из основных элементов исследований по обоснованию безопасности таких объектов.
Цель работы - изучение тепловых режимов защитных барьеров и вмещающего массива при эксплуатации подземных объектов атомной энергетики и разработка рекомендаций, направленных на повышение безопасности таких объектов.
Идея работы заключается в использовании тепловых и механических свойств скальных кристаллических пород для повышения безопасности подземных атомно-энергетических объектов.
Научные положення защищаемые в работе:
в условиях гипотетической аварии с плавлением активной зоны на ПАС с водо-водяным реактором корпусного типа вмещающий скальный массив является эффективным аккумулятором тепла, позволяющим пассивно рассеять практически всю энергию остаточных тепловыделений в течение длительного времени (до 10 суток) без превышения предела прочности вмещающей породы;
направленный сброс парогазовой смеси в расширительную выработку и обделка являются эффективными элементами пассивной системы "управления" тепловыми нагрузками на вмещающий массив. Оптимизация объема расширительной выработки и толщины обделки позволяет обеспечить приемлемый уровень тепловых воздействий и несущую способность вмещающего массива;
впервые изучены особенности формирования теплового состояния защитных барьеров при подземном захоронении РАО от объектов атомной энергетики Кольского региона в скальных породах континентальной части Мурманской области и определены предельно-допустимые радиационные параметры высокоактивных РАО, при которых обеспечивается безопасный тепловой режим защитных барьеров.
Научное значение работы заключается в расширении представлений о влиянии теплового фактора на безопасность подземных объектов атомной энергетики на основе выявленных особенностей формирования теплового состояния защитных барьеров.
Достоверность научных положений и выводов обоснована:
использованием фундаментальных знаний и современных представлений о теплофизических процессах, сопровождающих тяжелые аварии на АС с реакторами водо-водяного типа;
использованием современных методов математического моделирования, нашедших применение в практике проектирования и исследований безопасности атомно-энергетических объектов;
использованием методических подходов и математических программ, эффективность и корректность которых подтверждена удовлетворительным согласием результатов сравнительных расчетов или апробированных на экспериментальных данных.
Практическое значение работы заключается в получении научно-обоснованных количественных данных для разработки требований к инженерным защитным барьерам и вмещающим породным массивам, а также рекомендаций по оптимизации инженерно-технических и объем-
но-компоновочных решений, направленных на повышение безопасности атомно-энергетических объектов за счет их подземного размещения. Методика исследований включала:
анализ отечественного и международного опыта теоретических и экспериментальных исследований по проблеме безопасности атомных станций и обращения с радиоактивными отходами;
освоение и использование методов математического моделирования аварийных процессов, нашедших применение в практике проектирования и исследований безопасности АС;
расчетные исследования процесса переноса тепла в зоне размещения подземных атомно-энергетических объектов с использованием освоенной методики численного решения уравнения нестационарной теплопроводности;
апробацию использованных в работе методических подходов и математических программ на основе сравнения с результатами расчетов по независимым методикам и экспериментальными данными.
Реализация работы. Полученные результаты и выводы использованы при:
разработке и обосновании основных положений концепции создания в СССР головных подземных атомных станций, принятых в качестве оснований для утверждения нового направления "Подземные атомные станции" в составе ГНТП "Экологически чистая энергетика" (Горный институт, по поручению Совета Министров СССР №щ-3377 от 27.10.1987г. И распоряжению по протоколу №ТЭК СМ СССР 6-758 от 22.06.1988г.);
разработке требований к ограждающим конструкциям реакторного отделения и вмещающего массива в рамках НИОКР по Проекту "Создание головных подземных атомных станций для обеспечения безопасности объектов атомной энергетики", выполненных по распоряжению Миннауки РФ Ы112ф от 23.07.1991 Г.;
разработке технико-экономического доклада "Создание подземной ACT с реакторной установкой РУТА для теплоснабжения г.Апатиты Мурманской области" (Горный институт, НИКИЭТ, ВНИПИЭТ, 1992 г. в рамках ГНТП "Экологически чистая энергетика);
разработке концепции создания подземного хранилища радиоактивных отходов для северо-западного региона Российской Федерации (Горный институт, по распоряжениям Миннауки РФ № 1750 от 23.06.1992г., 3078ф от 25.09.1992г., 4187ф от 10.12.1992г.).
Апробация работы. Основные результаты работы и отдельных ее этапов докладывались на 26 сессии научного семинара по горной теплофизике на базе ИТТФ АН Украины (г.Путивль, 1991г.), Международной конференции "Использование подземного пространства страны для повышения безопасности ядерной энергетики" (г.Апатиты, 1992г.), на рабочих совещаниях в рамках ГНТП и по проблеме обращения с РАО в регионе Кольского полуострова, а также заседаниях Ученого совета и Горной секции Горного института КНЦ РАН.
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований по отдельным ее этапам изложены в 6 отчетах о НИР, технико-экономическом докладе и опубликованы в 4 работах.
Структура и объем работы. Диссертация, общий объем которой составляет 175 страниц машинописного текста, включает введение, четыре главы, заключение, 5 приложений, список использованных источников из 147 наименований и содержит 15 таблиц и 43 рисунка.
Похожие диссертации на Исследование тепловых воздействий на защитные барьеры при подземном разщмещении объектов атомной энергетики : Подземные атомные станции и хранилища РАО
