专利名称:关于废料处置的改进的制作方法
本发明一般涉及具有非结构材料覆盖层的有毒废料或核废料的陆上埋设场所，覆盖层由牢固包装的装有废料的组合罐的阵列支撑，组合罐被堆成阵列，使其可以灵活地与由地震或其它自然运动造成的埋放场所的形状变化相适应。
埋放核废料的埋放系统在先有核技术中是众所周知的。在最早的这种系统中，这种废料仅仅是封装在55加仑的钢桶中，用一长臂起重机吊入到一个简单的壕沟中，然后埋放起来。不幸，这种“踢滚式”(Kick and roll)埋放系统已被证明，对于陆上处置核废料一般是不能令人满意的。壕沟中充填的疏松土壤和构成壕沟的结实的土壤比较，或通常构成壕沟底的致密的岩层比较，对于水是更容易渗透的。因此，在钢桶周围的相当疏松的渗水的土壤就使壕沟中积存了大量的静止水，这种现象称作“澡盆效应”。这种静止水最后使埋放在壕沟中的钢桶壁腐蚀和破裂。这种钢桶的毁坏加上在时间过程中土壤的压实，导致土壤向下运动，或土壤下沉，致使在壕沟上面形成一凹陷。这种凹陷又进一步积存了地面水，使壕沟积存水的趋势更加严重，最后在钢桶上边形成一个静止水坑。这种静止水的增加进一步导致土壤的下沉，加速了埋在下面的钢桶的腐蚀和毁坏。在这种场所中钢桶容器的腐蚀和毁坏导致流过那里的地下水受到放射性污染。
为了解决由这种“踢滚式”处置场所造成的土壤下沉和水的积存问题，已经提出了各种替代的埋放系统。这些埋放系统包含了具有结构性刚墙的土制拱型覆盖层和容器埋放场所，在场所中废物容器之间的空隙用混凝土或其它可固化的灌浆填满。虽然这种替代的系统比起简单的“踢滚式”处置系统中用的壕沟具有明显的进步，但两者都还有很多缺点。例如，在利用结构上同钢性墙连接的拱形覆盖物的地方，这种钢性墙在遇到地震时容易断裂和破坏。一当拱形覆盖物的整体性破坏了，地下水便可流入，並聚集在废物封装体周围。只要这些容器有金属壁，则在它们周围的静水便能使金属壁腐蚀，並使放射性废物渗到地下水中。因为这种拱形覆盖层通常只有一个进入口，所以要将一个单一的渗漏的封装体修理好是极端困难的，虽然不能说不可能。虽然埋放场所中在许多组废物容器上灌注了可固化的物质，形成了一坚固的整块巨石，使埋放场所更能经受由地震形成的破裂和破坏，但是这种类型的埋放场所更趋向将很高的局部应力加在处于巨石中出现的缺陷上的或裂纹上的废物容器上。另外，在地震只把少许或一个密封在灌浆物中的容器破坏时，这种类型的埋放场所还具有更难于进行修复的问题。如果真发生这种修复不了的容器的破坏和破裂，唯一可能的解决办法是重换埋放场所。
很清楚，结构上稳定，可灵活地适应于地震或其它自然震动而不产生任何局部的使容器破裂应力的这种埋放场所仍然是需要的。其次，如果地震或其它自然震动破坏了少许，或仅破坏了一个埋放在处置场所中的容器，则这样的场所要使容器能够容易地和方便地被修复，以避免重新换整个场所，这也是希望的。再其次，埋放场所应具有一机构以防止静止水在容器阵列周围的聚集，保证埋在其中的容器的长寿命。最后，还希望这样一种场所能够容易地用廉价材料建成。
按照本发明，为处置有毒废物的处置场所包括一个处置有毒废物的埋放壕沟，一层非刚性的分水的覆盖在壕沟上的覆盖层和许多放在沟中置于覆盖层下的组合罐，处置场所的特征在于，该场所包括在地上的一土坑，该土坑基本上是用固体流动材料建的，该组合罐用于封装废物並在结构上支撑盖在坑上的非刚性覆盖层。
本发明还包括一埋放放射性废物的壕沟，一刚性的、分水的、屏蔽辐射的覆盖在这个壕沟上的覆盖层和一个搁在这个壕沟中置于包层下的组合罐阵列，该组合罐用于密封放射性废料，使其和水分开和支撑盖在壕沟上的非刚性覆盖层。这个覆盖层最好包含一层自然泥沙，使其将表面水分离壕沟，以防止埋藏在处置场所中的组合罐周围积水。其次，在组合罐顶上的自然泥沙层的下面之间可以放一层水流通性很好的粗砾石以防止水在毛细作用下通过泥沙层渗透到组合罐上。在最佳实施方案中，在这一层所用的粗砾石材料是卵石。再其次，在自然泥沙层的顶表面可以放一层不同等级的防冲乱石层以防止漏水层受风雨的侵蚀，提供辐射屏蔽和渗透屏蔽使处置场所中装载废物的组合罐不受侵入干扰。
地上的壕沟可以是平底的。这个壕沟的地面可以包括一层导水粗砾石材料，比如卵石，以防止地下水在毛细作用下向上渗透到组合罐。其次，在整个壕沟底上，在卵石层的下面可以被放置许多渗水计以便于在以后采集监测从组合罐中渗漏放射性量的水样。
用在本发明处置场所中的组合罐最好是呈有直角棱柱的形状，这种形状可以稳固地堆叠成彼此可以相互滑动的层，除此之外，也可堆叠成柱子，在其中在相对于其它柱的垂直的方向上每一柱子可以滑动。这种滑动堆积排列法提供了一种不下沉的结构，它不仅能够支持非刚性的处置场所的覆盖层，而且还可灵活地适应于由于地震或其它自然震动而造成的土地形状的改变。
最后，本发明还包括将装在许多形状一致的被牢固封装的组合罐中的核废物进行埋放的过程，这个过程的特点在于挖一壕沟，把牢固封装的组合罐每一个牢靠地装进壕沟，当壕沟被这种牢靠的组合罐阵列填满后，便在组合罐顶部放置一层非刚性的，分水的、屏蔽辐射的由流动的固体材料构成的覆盖层，以便于将暴露于组合罐辐射的周围区域减到最小。
为了更清楚地叙述本发明，现在作为例子参照附图叙述简便的实施方案。
图1是封装设施的透视剖面图;
图2是图1表示的封装设施中的强力压实机的透视剖面图;
图3是处置场所的透视剖面图;
图4A是封装组合罐的顶端平面图;
图4B是此组合罐的侧面部份横截面图;
图4C是组合罐的底视图;
图5A是组合罐覆盖层的顶视图;
图5B是示于图5A中的覆盖层的侧面部份横截面图;
图6是一封装好的密封的组合罐立体图;
图7是一封装好的组合罐的透视部面图。
现在参照图1，在所有附图中，同样的数字表示同样的部件，本发明系统的封装设施1一般包括四个隔墙2a、2b、2c、2d，这些隔墙在建筑物的左边围出了遥控装卸废料封装区3，在建筑物中围出了组合罐装载和运输区60和在建筑物右边的接触装卸废料区85。遥控装卸区3和接触装卸区87都相应包含一行车干线7和87。通过这些行车干线7和87，载重汽车13和97从远处的核废物产生地将重量相当轻的装运容器中的遥控装卸的接触装卸的核废物(即衬套，55加仑桶和LSA容器)运来封装到重量相当重的牢固组装的组合罐200中。在最佳实施方案中，由封装设施1封装的组合罐200的最最后处置场所150位于紧靠设施1的地方以便减少已封装组合罐(它可能重达30000磅)的运送距离。一开始，就应该注意到，设施用围墙隔离，建在远离废物产生的地方並且接近最后的处置场所，这至少有三点主要的好处，首先没有必要把相当重的组合罐200运到废物产生的地方。第二，消除了由于封装事故使废物产生地方产生污染的可能性。第三，隔离墙2a、2b、2c和2d使埋藏地穴由任何封装事故引起的污染减少到最小。
下面更详细叙述设施1的遥控装卸废物区3，这一装卸区3包含具有一入口(图中未示出)和一出口11的车道9以停放运输卡车13。这种运输卡车通常将核废物装在一个可重复使用的屏蔽的特定的装运容器15中进行运送，这种类型的装运容器得到美国运输部和美国核管理委员会的认可。安放在这种屏蔽的装运容器中的有效固定废物衬套是金属的或塑料的衬套，设施1的装卸区3还包含一其高度与运输卡车的装货台的高度大约相同的处理平台18。一个具有吊钩装置21的屏蔽罩19和一移动式起重机23。屏蔽罩19最好是具有铅衬套的钢壳制品，铅衬套要厚到足以将非接触性废物放射的放射性量减少到一个可接受的水平。移动式起重机23包含一个主提升机25，它通过一个电动滑车装置27分开连接到屏蔽罩19的吊钩装置21上。移动式起重机23进一步包括滑架29，使主提升机25在“X”方向移动(平行于行车干线的车道9)，此外，还包括载重天气33，使主提升机25在“Y”方向运动(平行于设施1的前沿方向)。垂直可调的马达操纵的滑车装置27同滑架29和载重天车33一起可使移动式起重机23在运输卡车13的装运容器5的上面摆动屏蔽罩19，将装废物的衬套从装运容器15中提起来，然后将衬套放到处理平台18的合适的位置上。虽然在最佳实施方案中采用了电视监控器来遥控移动式起重机23，但是许多其它类型的具有遥控的起重机都可以用来实施本发明。除主提升机25之外，在移动式起重机23和屏蔽罩19之间还连接有一个二次提升机35。二次提升机35控制在屏蔽罩内的一缆索和挂钩(图中未示出)的位置，它能够活络地连接到放在屏蔽装运箱15中的盛废物的衬套上。
建筑物1的遥控装卸区3还进一步包含了一特性检测站37，它具有各种辐射检测器39和超声检测器41，以考察在装运容器15中的衬套里面的东西是否符合装运清单。辐射检测器39用于测量在衬垫中的废物放射出的放射性强度和检查这种废物的放射性能谱的特征以确保装运清单的准确性。超声检测器41用于确定是否有任何放射性的液体存在衬套里。美国联邦政府规定严禁将液态的放射性废物埋入地下。因此由超声检测器提供的信息是最重要的。辐射检测器39和超声检测器41都是用搁在处理平台18上的沟槽43中的电缆同读数标度盘45进行电连接。虽然在任何一个图中没有特别的表示出来，但是辐射检测器39和超声检测器42的输出最好是接到中心计算机，以便于记录永久保存和确定一种特定类型的废物能够装入到特定组合罐中的量是多少才使组合罐200的表面辐射不超过预先规定的限制。为了可靠地密封废物，中心计算机可以进一步计算必须灌注多少灰浆到特定的已装好的组合罐中，另外，当超声检测器指示衬套中包含百分比不允许的液体废料时，计算机还能启动一警报电路。
在最佳实施方案中，选择处理平台18的高度大约相当于平板拖车13载货台的高度，以便使可能站在处理平台18上的任何操作人员在除去装运容器盖15的盖时不暴露于从装运容器顶端辐射的放射性。在操作中，屏蔽罩19降到装运容器15的开口中，同装车里面的衬套连接，然后再在特性测试站37的检测器39和41上摆动，使其很快降到距这些敏感元件仅几英寸的距离，以便将装卸区3暴露于从屏蔽罩19底部辐射出来的由处理平台18反射的放射性的地方减到最小。在最佳实施方案中，为了结构上将设施1结为一整体和屏蔽这两个目的，处理平台18是用坚固的水泥盖板构成的。在下面解释了装加盖的存放井50的结构和作用以后，后一个目的将会更加清楚。虽然在最佳实施方案中特性测试站37仅包括了辐射检测器39和超声检测器41，但是另外一些类型的检测器(比如用可见方法观察鉴别废物的遥控电视监控器)，如果需要，也可以包括在里面。
最后，设施1的遥控装卸废料区3包含了四个加盖的存放井，以及一间修补操作间53，操作间53由屏蔽墙54构成，通过屏蔽门55可以进入，每一个加盖的存放井50一般包括园柱形的井，在其顶口用一园形盖盖住。对于特性检测站37检出存在有过量液体，或存在有其它不具接受的条件的核废料装运件，加盖的存放井50提供了一个安全的方便的贮存地方。另外，在灌浆站118阻塞时加盖的存放井也可以用来暂时贮存遥控装卸废料区的废料装运件。盖在存放井50上的园形盖的材料和厚度应加以选择，以使将贮存在遥控装卸废料区3的废物辐射到工作区的放射性量减小到安全水平以下。修补操作间53在设施1的遥控装卸区3中间构成了一分开的区域，在此操作间中对破裂的衬套(或包含有液体的衬套)可以进行适当的修理或处理而不发生污染遥控装卸区3主要区域的危险，或大规模污染设施1的危险。在下面的叙述中将会更加清楚，预备一间单独的修补操作间53来处理破损的衬套壁是很重要的，因为当衬套被灌浆在一个组合罐中时衬套的壁提供了一个组合罐200中三分之一的放射性屏蔽和水屏蔽。在装废物的衬套中发现有游离的液体时，修补操作间53提供了一包围的区域，在其中可以使用适当的吸收剂。或其它固化介质同液体混合，以便将液体变成按现在联邦规定的条例允许埋入地下的固体形态。在正常情况下，加盖的存放井50以及修补操作间53都不用于处理遥控装卸废料。在完成特性测试以后，这些废物总是通过由构成装卸区3后墙的屏蔽墙57a、57b构成的曲折出口56，被遥控吊到一个放在轨道车64上的组合罐200中，轨道车64停在到灌浆站118的线上。组合罐装载和运输区60是在设施1的里面，处在遥控装卸区3和接触处理隔间85之间。组合罐装载和运输区60位于中间，使得它可以方便地为设施的遥控装卸区3和接触装卸区85服务。组合罐装载和运输区60一般包括一台常规的移动式起重机62(它具有上述移动式起重机23所有的部件和功能)，用于将堆在设施1外边的组合罐放在轨道车64上。这些轨道车63沿着一对平行的送料轨道装置66a和66b可以自由运动。为了使轨道车64自由运动，装轨道68a和68b的底座70a和70b稍微倾斜，以便使装在送料轨道装置66a和66b的轨道68a和68b上轨道车64将沿着这些轨道在重力的作用下自由向下滚动。虽然在图中都没有表示出来，但每一个送料轨道装置66a和66b都装有许多气动起动的侧动机构，以使轨道车64沿着送料轨道装置66a和66b在不同装载位置、灌浆位置和加盖位置能够制动。组合罐装载和运输区60包含了一转回的轨道装置74，它有一倾斜的底座78，倾斜的方向和送料轨道装置66a和66b的底座70a和70b的倾斜方向相反。在一个被灌浆和复盖顶部的组合罐200从轨道车上搬下以后，转回轨道装置74的底座在相反方向可使轨道车在重力的作用下在轨道上自由滚动回到运输区60的装载位置。最后，屏蔽墙79(它最好用坚固的水泥墙，厚度至少12英寸以上)被置于轨道装置66a和转回轨道装置74之间，以便在遥控装卸废料被装载到一个组合罐200中和被灌浆时，将接触装卸区85屏蔽起来，不使它暴露于装在屏蔽罩中的遥控装卸废料。屏蔽墙一般具有双重作用，一是使接触装卸废料区85，像遥控装卸废料区3一样，被包围在同一设施内，二是可以使组合罐装载和运输区60既服务于设施1的遥控装卸区3又服务于接触装卸区85，作为公用区。最后一个优点避免了预备双份的组合罐装载和运输系统。
现在叙述接触装卸废料区85，设施1的这个区包括了许多和遥控装卸区3相同的一般设备。例如装卸区85包括一行车干线87，干线中包括了和前述行车干线7中一样的车道89，入口90和出口(图中未示出)。装卸区85也包括一个处理平台93，它最好用坚固的厚水泥板作成，其高度和卡车货台的高度大约相同，以便于将封装好的废物从运货卡车95上卸下来。装卸区85也包括一对特性检测站107a和108b和加盖的存放井113。最后，装卸区85包括一间修理间以修理破损的容器、将液体或其它一些不合适的已封装的废物改成适合于埋放的固体形态。
然而，除开这些同装卸区3共同的设备外，装卸区85还包含了一些其它的在设施中是独一的设备。例如，采用了具有磁性提升机或真空提升机的轻型旋臂式起重机99以代替在装卸区3的相当重型的移动式起重机23。因为在装卸区85中处理的废物，放射性是低水平的，所以工人可以直接接触这些废料，没有必要用装卸区3用的提吊很重的屏蔽罩19的起重机。因此用在装卸区85的起重机只需要能提升重量很轻的封装的核废料就够了，这种装好的送到设施1的核废料通常是55加仑的钢桶97。虽然在设施1的接触装卸区85可以应用轻便的屏蔽，但是在这个区域处理的废物总的放射性水平低，所以不需要对装废物的每一个钢桶97进行大型屏蔽。因此，最好装置由辊轴作成的传送系统103，它极大地方便了在其中装有废物的钢桶97的处理。最后，还装备了一台强力压实机110，它不仅将废物压成较小的体积，而且也将钢桶压到使钢失去弹性，使废物在灌浆过程中体积不能弹性回复。这一点是很重要的优点，它将在下面详细叙述。
传送系统103包括一对串联安排的压实机传送带105a和105b和修补传送带106。压实机传送带105a将旋臂式起重机99吊来的装有接触装卸废料的55加仑钢桶97，送过包含了超声检测器和放射性检测器(图中未表示)的第一特性检测站107a，传送到强力压实机110的装料机构110。1.强力压实机110将500到1100吨的压力加在55加仑的钢桶容器上，将它们压成高密度的“圆饼”117，其密度达到60-70磅/立方英尺。在最佳实施方案中，通常用600吨的压力。高密度的圆饼117从强力压实机110中推出来，通过一出料滑道111.2滑到压实机传送带105b上，它使圆饼117通过第二个特性检测站107b，这个检测站同样装有超声检测器和放射性检测器(图中未示出)。然后传送带105b将高密度圆饼117传送到旋臂起重机114的磁性提升机或真空提升机116上，它将圆饼117吊起来放到停在灌浆站118途中的组合罐200中。当特性检测器107a检测到(a)钢桶97包含液体;(b)钢桶97的壁破损;或(c)钢桶97中的废物不可压缩时，运送去修补的传送带106便起作用。如果检测出了这三种情况中任何一种情况，则只须要一个操作者(图中未示出)将钢桶97从压实机传送带105a上推到修补传送带106上就行了，此时修补传送带106将钢桶97传送到修补操作间112，在那里再进行适当的桶壁修理、液体固化，或者单独在钢桶中灌浆，以便在正确的条件下将钢桶97和其中所装的东西封装好放进组合罐200中。在发生事故时在修理间112中有一备用设施，钢桶97可以暂时贮存在接触装卸区85的加盖存放井113中。
现在参考图2，本发明的强力压实机110包含一个装料机构110.1，如图所示，110.1在关节式伸缩装料壁110.3的端部有一桶形铲斗110.2中。然后关节式伸缩装料壁110.3把钢桶97装到装料架110.4上。压实机110还包括一装料压头110.5，压头将钢桶97推进压实机的伸缩式压实筒110.6，在主压头110.8外边的位置和出料滑道111.2顶端之间伸缩式压筒110.6是可动的。图2中示出了远离主压头110.8，在伸展位置的靠近出料滑道顶端的伸缩式压实筒110.6。当钢桶97装到伸缩式压实园筒110.6之后，压实筒110.6便被移进主压头110.8，钢桶97在压头活塞110.9(图中未示出)和主压头110.8之间被压缩。如前所述，500至1100吨的压力被加到钢桶97。用这种强力压实机有三个突出的优点。首先，由于钢桶97和其中所装废料体积的减少，因此在一个组合罐200中可以装更多的钢桶。准确地说，用这种强力压实机可以使得在一个组合罐200中容纳35个到84个已封装好的钢桶，而不是只装15个。其次，不太明显的是，用这种强力压实机将使钢桶97的钢壁和其中所装废物产生远远超过这些材料的弹性限度的变形，以致这些压实的高密度圆饼在从出料滑道111.2被推出以后，它们绝没有可能再“弹性复原”到更大的形状。当组合罐200中装上了圆饼117并灌浆之后，消除这种“弹性复原”就消除了在组合罐200中的硬化浆中产生中空裂纹或内部裂纹。不但不产生“弹性复原”，最后压成的圆饼在灌浆以后将在组合罐200的内部构成可靠的不可压缩的加钢筋的结构，这种结构协助组合罐完成组合罐另外一个作用，即对复盖在处置场所150上壕沟覆盖层64起结构支撑体的作用。最后，这种对钢桶97内的废料(通常是抹布、纸以及受污染的衣物等，进行甚大的压缩将使这些废物很难吸水。这使得这些废物在万一发生事故变湿了时也不容易渗透出放射性物质。这种抗吸收水的性能也使得废物很不容易产生生物降解作用，这又补充了组合罐200封装废物的整个功能，因为这种生物降解作用能够在整个时间过程中使容纳废料的容料产生空洞，产生凹陷问题。
最后，还应该注意到，压实机110包括一个空气过滤系统111.4，这个系统具有一过滤器111.5鼓风装置111.6和一个排风管111.7。空气过滤系统将把由于在容纳可接触废料的钢桶97上加上了660至1100吨压力而产生的任何放射性空气尘埃抽走。
现在回到图1，设施1的装卸区85包括一个有可延伸的灰浆槽的灌浆站118，灰浆槽能够将灰浆灌到放于轨道车64上的组合罐200中，轨道车装在轨道装置66a(接近遥控装卸废料区3)或轨道装置66b(靠近接触装卸废料区85)上。来自非接触和接触装卸废料区3和85两个区的组合罐都用一个灌浆站来灌浆，再一次避免了在整个系统中用双份的昂贵的设备。正好在灌浆站118那边的是加盖站122，加盖站有一具有提升128的运输起重机126，用来将组合罐盖220提到组合罐200的顶上，准备进行加盖操作。在详细叙述组合罐200的结构时，再详细叙述加盖的操作过程。
虽然组合罐200通常是在靠近废料处置场所150的废料封装设施1中装入废料，在灌浆站118进行灌浆，最后进行加盖封装，但是这些过程也可以在废料产生的场所中进行。因为最后的组合罐的表面放射性一般很低，足可以进行接触装卸的，所以在组合罐200中的废料在未具备埋藏地之前可以方便地就地存放。在有埋藏地的时候，组合罐200可以用可以重复使用的包装箱(图中未示出)运到处置场所150，直接叠码在壕沟152中。虽然这种方法不是最好的，但同使用废料就地贮存设施比较，这种方法比较经济。
图3示出了同封装设施1配合的处置场所150。处置场所一般包括一个壕沟152(或许多平行壕沟)，壕沟一般是冲积土平底。在壕沟中在尚未堆放加盖封装的其中的灌浆已硬化的组合罐200之前，在整个壕沟的冲积土沟底154上要均匀放置许多收集水样的渗水计155以便监测壕沟中水的放射性量。渗水计155是放在壕沟沟底154中，在沟底上钻一孔，将细长的渗水计155插入其中。一塑料管道系统(图中未示出)可使处置场所150的操作人员定期抽出任何一处的聚集在渗水计155杯中的水。定期检测这些水样的放射性水准可以确定是否有放射性物质从组合罐200中渗漏出来。在整个沟底154中正确地埋放渗水计155之后，沟底154之上再覆盖一层砂砾层156，约2英尺厚，以阻止毛细管渗透作用。虽然处置场所最好选择在地下水水流至少在壕沟冲积土地面154下面80英尺深的地方，但砂砾毛细管阻挡层156放在冲积土地面154上提供了外加的保证，防止了地下水通过毛细管作用从冲积土地面154渗透到组合罐200的阵列中。虽然在本发明的处置场所150中所有的毛细管阻挡层最好都用卵石，但是还应注意到本发明包括使用任何具有导水性好的粗颗粒物质。砂砾层上再加一约4英寸厚的沙层158。这一起填塞作用的沙层形成一平的路面，以便于和将运送组合罐200的沉重的拖车184和叉车185的轮子行走。如果没有这层沙层，则184、185这些车辆的轮子将陷到砂砾层156中。
处置场所150的下一部件是示于图3的六面柱体组合罐200的紧密堆叠的阵列160。在最佳实施方案中，组合罐200最好堆叠成相互对接紧靠的柱，每个组合罐200的六面柱体的每个面都同另外两个组合罐的六面体的面共平面形成柱体。将组合罐200堆叠成这种相互紧靠的柱体至少有四个特殊的优点。第一，这种紧密堆叠的组合罐200提供了可以很快地和方便地构成用天然的流态物质，比如用土壤、砂和卵石作成的非刚性的壕沟覆盖层164的支撑结构。第二，这样一种堆叠方法几乎完全消除了组合罐200之间的空隙，避免了上面叙述过的土壤下沉的问题。第三，这样一种堆叠方法可以承受严重的地震，因为每一个组合罐200可以独立地分别沿着八个面运动(即构成组合罐200的六面柱体的六个侧面和上、下端面)。因为任何一个组合罐同其它相邻的任何一个组合罐都不是刚性连锁的，所以在发生地震时，每一个组合罐至少能够作某种垂直的和水平的滑动。这样一种八面自由运动可使整个组合罐阵列160灵活地适应于壕沟152形状的改变，消除了应力或者至少将局部地震在阵列160中产生局部应力点的可能性减到最小，这种应力点足以破坏或使个别的容器壁破裂。第四，在阵列160中所用的柱体堆叠方法可以在需要修理组合罐时容易修理某个特别的组合罐200，因为只要在需要修理的组合罐所在的特定柱体上方挖一个组合罐宽度大小的洞，就可以从壕沟中将要修理的组合罐取出来。在最佳实施方案中，放射性最大的即“最热”的组合罐200放在组合罐阵列160的最底层并用放射性较弱的组合罐包围着，使得包围的组合罐，中间的组合罐和顶层的组合罐形成一层屏蔽，屏蔽“热”组合罐中废料辐射的放射性。
壕沟152还包括砂砾毛细作用阻挡层162a和162b，这一阻挡层是在紧密堆叠的阵列160的侧面和壕沟152的壁之间。阻挡层162a和162b的作用是防止水从壕沟152的一侧流到组合罐200的紧密堆叠的阵列160。在最佳实施方案中这种侧面毛细作用阻挡层162a和162b的厚度大约是2英尺厚。
地沟覆盖层164最好用天然流态物质作成，比如用土、沙和砂砾作成。这样一种覆盖层同刚性的合成结构覆盖层比较，更能经受地震的扰动。更准确地说，如果地震使覆盖层164的各层彼此相对垂直滑动了一小段距离，则覆盖层164的非刚性结构使得覆盖层至少可以部份“目愈合”。另外，在发生了严重损坏覆盖层164的强烈地震时候，覆盖层164用通常的修路设备和运土设备可以容易进行修理。如前所述，紧密的组件阵列160提供了铺设和保持壕沟覆盖层164各层的整个结构支撑。
壕沟的覆盖层164的第一层最好是一层冲积土层166，它在边上的厚度为4英尺，而在中心的厚度为7英尺。如图3所示，冲积土层166(这一层最好用挖壕沟时取出的土)以覆盖层中心线逐渐下斜，坡度约4.5%。这样一种轮廓可以使覆盖层164有效地将穿透覆盖层164外层的水分流，将这些水引到旁边的排水沟178a和178b。在紧密的组合罐阵列160的顶部放上冲积土层166之后，在铺设其它层之前，冲积土层要压实。这种压实可以用普通修路的压路机，或者使冲积土层166中的冲积土在自然力的作用下被固定结实。这两种使冲积土层166中冲积土被压实的方法中，采用压路机是最好的。虽然在本发明中冲积土的自然固结的时间同先有技术的处置场所中所用的土壤的固结时间比较是很快的，但是固结时间很少短于三个月，根据构成冲积土的土壤的特性，固结时间可能长达一年。相反，如果用压路机，固结时间可以减少到几天。应该注意到，在组合罐200堆叠成阵列160之后，应马上在紧密的阵列160的顶部铺放冲积土层166。这种在组合罐阵列160上同时铺放冲积土层166的方法，使得在建造处置场所150时将暴露给修壕沟工人的放射性剂量减到了最小。
冲积土层166适当压实之后，其上铺放一层约4英寸厚的填塞沙层168。填塞沙层168铺定之后，再在上面铺放一层约2英尺深的砂砾毛细作用阻挡层170。填塞沙层168在砂砾毛细作用阻挡层170的粗砂砾和冲积土层166中相当细的冲积土之间用作一种干扰阻挡层。一当砂砾毛细作用阻挡层170铺完后，立即在其上再铺一层阻塞沙层172，厚度约为4英寸。然后，在覆盖砂砾毛细作用阻挡层170填塞沙层172上铺一细的泻水粉沙层174。填塞沙层172在粉沙层的粉沙和砂砾毛细作用阻挡层170的砂砾之间用作一种干扰阻挡层。粉沙层174是壕沟覆盖层164的主要分水层，厚约2英寸，由筛分的在铺放后进行压实的材料(最好就地取材)构成。采用一层粉沙层174来代替其它的天然泻水材料，比如粘土，至少有两方面的好处。首先，粉沙和粘土比较更容易就地取材，更为经济。第二，如果粉沙层174被水饱和了，它不像粘土一样在风干时产生裂口或裂纹。消除这种裂口或裂缝有助于保持壕沟覆盖层164的整体性。粉沙层174的边缘靠近在壕沟152两边挖的暗沟178a和178b。暗沟178a和178b包括一条沟，其中埋有穿孔的管道182a和182b。流到粉沙层边缘上的水将通过穿孔灌入到管道182a和182b，並沿着暗沟180a和180b流出壕沟152。如果雨水或其它表面水很大，使粉沙层174被水浸透了，则砂砾毛细作用阻挡层170将阻止水从饱和粉沙层174通过毛细作用流到组合罐阵列160上。
壕沟覆盖层164的最顶上一层176是各种不同大小的防冲乱石，通俗点说是很粗的砾石(可以大到拳石那样大)。乱石层176至少有三个作用。首先，它将粉沙层174隔开，使其避免受到风雨和流水的浸蚀。第二，它对组合罐阵列160构成最后一层辐射屏蔽层，这一屏蔽层将处置场所150的辐射量降到正常背景辐射范围以内。第三，它构成了一干扰阻挡层，阻止了人或动物在组合罐阵列160上方可能的挖掘土地的活动。前述的覆盖层164的最佳实施方案是对于干旱地区的。对于潮湿地区，覆盖层164的可供选择的实施方案将首先包含一层天然土壤构成的渗透水阻挡层，它铺放在组合罐200的阵列160上。这一层然后用沙子和砂砾毛细作用阻挡层覆盖，覆盖的这一层类似于前述的168、170和172层。这种沙子和砂砾毛细作用阻挡层然后再用一层防生物干扰的卵石层覆盖，再用另外一层沙子和砂砾毛细作用层覆盖在抗生物干扰的卵石层上以承受最后一层土壤层，在最后一层土壤层上具有植被覆盖。在这种替代的实施方案中，植被覆盖既能防止在土壤层上部发生的浸蚀，又能除去渗透到覆盖层顶部的水。所种植物的根要浅以便使覆盖层164的整体性不受破坏。另外，这样一种替代的实施方案，由于所处地区降雨量大，因此应具有更陡的坡度，比如10度或更大。
现在参照图4A、4B和4C、图5A和5B，本发明中的组合罐200一般包含一个具有钢筋水泥壁的容器201和一个容器盖220，在容器装满核废料並进行灌浆以后，容器盖220盖在容器201上。
现在专门参考图4A至图4C，组合罐200的容器201是一个六角形的具有园柱形内腔216的六角形柱体202。六角形柱面壁彼此相交的棱角204最好被截去棱，使得将组合罐200推叠成图3所示的组合罐阵列160时在毗连的组合罐之间留出一小空隙。这些小空隙要大到足以容纳回收工具(如果需要回收某一个组合罐)，但是又要足够小，使得当组合罐200按图3所示的结构堆垛时不产生任何明显的土壤下沉。另外，截去棱角成平面形状的角204使得这些角在用叉车185将组合罐200堆到组合罐阵列160上时不易撞成碎片或撞裂，如果不截去棱角，这种情况在堆叠过程中是难以避免的。
现在参照组合罐200的容器201的顶部和下部，顶部206如图所示那样是开着的，使得有可能装入核废料和进行灌浆。顶部206包括三个I形锚栓208a、208b和208c，这三个锚栓用封装设施1的起重机的抓升钩使容器201可以被搬运和堆叠到壕沟164中另外，如果组合罐需要进行修理，锚栓208a、208b和208c还可使组合罐从壕沟164中吊出来。锚栓208a、208b和208c的末端如图所示被深深埋入到容器201的水泥壁中以保在其上有相当粘着力。容器201的底部209包括一个容器201的内部底表面210和一个具有槽纹图形212的外表面211。每一个槽纹比屏蔽叉车的叉子稍微深一些和宽一些，使这些槽纹212大大有助于用叉车185搬运组合罐200。槽纹的角度样式也可以使这样一种叉车从不同的角度嵌入各别的组合罐，这使组合罐的搬运更为方便。组合罐容器201的水泥壁和底部的钢筋是一个市场上可以买到的钢筋网作的“篮筐”215。篮筐215极大地增加了组合罐200的容器201的壁和底部209的抗拉强度。在最佳实施方案中，容器201的壁厚至少3英寸。容器201的内园柱腔直径至少75英寸，以便使14个钢桶或7层高密度的圆饼117可以堆叠在容器201的园柱形腔216中。容器201的顶部206包括许多沟槽214a、214b、214c、214d、214e和214f以容纳厚板容器盖的盖子固定棒232a、232b、232c、232d、232e和232f，容器盖在前面已详细叙述过。
根据图5A和5B，厚板容器盖220一般包括一个圆盘形的上部份222，和一个整个与上部份结合在一起的直径稍小的园盘形下部份228。上部份222的边缘有三个切平的切口223.1、223.2和223.3，它们彼此相隔约120°。当容器盖220正确地放在容器201的上端开口部份206上时，这些切平的切口223.1、223.2和223.3应该是有规则的放置，使这些切口直接对着前述的I形锚栓208a、208b和208c以便给起重机吊钩留一空隙嵌入锚的I形锚栓。容器盖220上部份222的上表面224包括一放射性警告符号226，这一符号最好浇铸在容器盖220的表面上。鉴别序号也可以铸在容器盖的上表面224上以便在需要或希望修理组合罐时容易区分组合罐220(如图3所示)。
由图5A可清楚看出，在容器盖220的上部份222的周边上设有三个U形搬运吊耳227a、227c和227e，彼此相隔约120°。这些吊耳227a、227c和227e最好在上部份222的园周上不同平切口223.1、223.2和223.3重合。用于嵌入组合罐容器201的I形锚栓的起重机吊钩有时会偶然钩住一个容器盖的搬运吊耳227a、227c或227e，使其撕裂，在容器盖的搬运吊耳227a、227c或227e和前述的平切口223.1、223.2、223.3之间的这种角度的不重合将这种可能性减小到了最小。如前所述，容器盖220还包一个被整体成形的下部份228，它的直径比园盘形的上部份直径稍小。一层钢筋网229被铸在水泥中形成如图5B所示的容器盖220。六角等距的容器盖固定棒232a、232b、232c、232d、232e和232f也铸在容器盖中。这些固定棒在容器装满了核废料並在灌浆以后便可以滑入到互补的沟槽214a、214b、214c、214d、214e和214f中。容器盖220和组合罐容器201两者最好都用无孔的、具有数量级为4000磅/平方英寸的压力允许极限的波特兰水泥模铸而成。这种水泥既坚固又不透水。
图6和图7示出了一个组合罐200，它已经装满了由强力压实机110压缩的高密度圆饼117，並已灌上浆、盖了容器盖。如图7所示，在组合罐200的容器201中集中安放了7层高密度圆饼。在废料和组合罐200的内腔之间，封装压缩废料的压缩圆饼容器形成另一层辐射的和水的屏蔽层。设施1中灌浆站118的可延伸灰浆槽120在七层压缩圆饼117上灌注水泥浆218，以便在圆饼117和容器201的内壁之间形成一层牢固的凝固水泥。在最佳实施方案中，组合罐200灌浆用的水泥是3000或4000磅/平方英寸的波特兰水泥，但是石膏、火山灰、煤灰或者其它粘结材料也都可以用于作灰浆。如图清楚示出，固化的灰浆218在圆饼117中的废料和容器201的外壁之间构成第三层放射性和水的屏蔽层。水泥浆也用于将容器盖固定棒232a、232b、232c、232d、232e和232f紧固到组合罐200上，使容器201、容器盖220、硬化水泥218和重叠的圆饼117形成一单一的坚固的具有相当大的抗压和抗张强度的结构。最后的已硬化的组合罐200用凹车架拖车184从封装设施1中搬出来，然后用屏蔽叉车185堆叠到如图3所示的组合罐阵列160上。
虽然在图中都没有表示出，但是组合罐200可以进行特别的改进，以封装特别的辐射强度大的核废料，如废控制棒这样的核废料。更准确地说，组合罐200可以作成很厚的水泥壁，只在组合罐的中心留出相当小的园柱形空腔。控制棒然后可以从屏蔽运送容器15直接转入到预先灌浆组合罐中留出的小空腔中。这种改进的组合罐可以作得长一些以便能容纳若干根完全的控制棒。当然，如果将控制棒切成较小的长度，也可以采用具有标准高度的预先灌浆的组合罐200。
权利要求
1.一种处置有毒废料的处置场所，其特征在于，该场所包括一个在地上的凹坑，一层覆盖在凹坑上的非刚性的泻水覆盖层和许多放在凹坑中而在覆盖层下的组合罐，覆盖层是由固体的流态材料构成的，组合罐用于封装废料和结构支撑非刚性的在凹坑上的覆盖层。
2.按照权利要求
1的处置场所，其特征在于，为了防止地下水通过毛细作用流到组合罐上，在凹坑的底部包含了一层固体的、流态的、基本上防止地下水通过毛细作用流向组合罐的材料。
3.按权利要求
2的处置场所，其特征在于，固体的、流动的、基本上不能通过毛细作用导水的材料层是一层具有很高导水性的粗颗状材料。
4.按照权利要求
1、2或3的处置场所，其特征在于，为了防止水通过毛细作用从凹坑壁流到组合罐，该场所包含一层填塞在组合罐侧面和凹坑壁之间空隙处的、固体的、流动的、基本上不能通过毛细作用导水的材料。
5.按照1至4任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，构成覆盖层的固体的流动材料包含一层粉沙层，以便将地表水引离凹坑。
6.按照权利要求
5的处置场所，其特征在于，该地穴进一步包含了一排水沟，以便将表面水引离凹坑，为了将表面水引向该排水沟，粉沙层向着排水沟倾斜。
7.按照1至6任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，覆盖层包括一层冲积土层，用于支撑由固体流态材料构成的分水层。
8.按照权利要求
7的处置场所，其特征在于，该冲积土层直接覆盖在上述的组合罐。
9.按照权利要求
8的处置场所，其特征在于，分水层是一层粉沙层，它覆盖在上述的冲积土层上。
10.按照权利要求
9的处置场所，其特征在于，为了防止水从上述的粉沙层在毛细作用下渗透到冲积土层，该场所在上述的冲积土层和粉沙层之间还进一步包含了一层固体的、流态的、基本上不能在毛细作用下导水的材料。
11.按照权利要求
10的处置场所，其特征在于，在冲积土层和粉沙层之间的固体流态材料层是一层粗颗状的导水性高的材料。
12.按照1至11任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，在紧密堆叠的组合罐阵列中，组合罐是彼此紧靠的。
13.按照权利要求
12的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的阵列至少包含一层组合罐，这层组合罐是将组合罐彼此紧靠排成组合罐行列构成的。
14.按照权利要求
13的处置场所，其特征在于，在一层中的每一个组合罐在垂直方向相对于该层是可以滑动的。
15.按照权利要求
13的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的组合罐阵列包括许多组合罐叠柱，其中每一个组合罐叠柱在相对于阵列的垂直方向上是可以滑动的。
16.按照权利要求
14的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的阵列至少包括两层组合罐，这两层组合罐构成许多组合罐叠柱的行列，其中上述每一叠柱在相对于阵列的垂直方向上是可以滑动的，而且其中每一层在相对于阵列的水平方向上是可以滑动的。
17.处置放射性废料的处置场所，其特征在于，该场所包括一个在地上的壕沟，一个覆盖在壕沟上的非刚性的泻水的放射性屏蔽覆盖层和一放在壕沟中在覆盖层下面的紧密堆叠的组合罐阵列，覆盖层本质上由流态的固体材料构成，组合罐用于封装上述的去水放射废料和支撑上述的覆盖层。
18.按照权利要求
17的处置场所，其特点在于，构成覆盖层的固体流态材料，包括一层粉沙层，用于将表面水泻离壕沟。
19.按照权利要求
18的处置场所，其特征在于，该场所进一步包含了排水沟，以便将地表水引离壕沟，而且粉沙层向排水沟方向倾斜，以便将地表水引入到该排水沟。
20.按照权利要求
18的处置场所，其特征在于，覆盖层进一步包含了一层覆盖在粉沙层上的渗水的固体流态材料，以避免粉沙层受侵蚀，並在组合罐阵列和覆盖层的上表面之间构成一放射性屏蔽层。
21.按照权利要求
20的处置场所，其特征在于，覆盖在粉沙层上的这一层是由防冲乱石构成的。
22.按照17至21中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，为了防止地下水在毛细作用下流到组合罐，在壕沟底包含了一层固体的流态材料，这层材料本质上不能在毛细作用下导水。
23.按照17至22中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，为了防止水在毛细作用下流到组合罐，该场所进一步包含了一层流态的固体材料，这层材料填塞在组合罐侧面和壕沟壁之间的空隙处，它在本质不能通过毛细作用导水。
24.按照权利要求
22的处置场所，其特征在于，本质上不能在毛细作用下导水的固体流态材料层是一层砂砾层。
25.按照17至24中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，该场所至少包含了一个辐射检测装置，它放置在壕沟底面的下边以检测壕沟底面的放射性水准。
26.按照17至25中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，覆盖层包含了一层冲积土层，用以支撑由固体流态材料构成的泻水层。
27.按照权利要求
26的处置场所，其特征在于，冲积土直接覆盖在上述的组合罐阵列上並形成这样的轮廓，使其为它支撑的泻水层提供一泻水斜坡。
28.按照权利要求
27的处置场所，其特征在于，泻水层是由粉沙层构成的，它覆盖在冲积土层上。
29.按照权利要求
28的处置场所，其特征在于，为了防止水从上述的粉沙层在毛细作用下渗透到上述的冲积土层，该地穴在冲积土层和粉沙层之间进一步包含了一层固体的、流态的、不能通过毛细作用导水的材料。
30.按照权利要求
29的处置场所，其特征在于，在冲积土层和粉沙层之间的固体流态材料层是一层砂砾层。
31.按照17至30中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，组合罐在紧密堆叠的阵列中是彼此紧靠的。
32.按照17至31中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的组合罐阵列至少包含一层组合罐，这层组合罐是将组合罐彼此紧靠排成组合罐行列而构成的。
33.按照权利要求
32的处置场所，其特征在于，在一层中的每一个组合罐在相对于该层的垂直方向上是可以滑动的。
34.按照17至33中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的组合罐阵列包括许多组合罐叠柱，其中每一个组合罐叠柱在相对于阵列的垂直方向上是可以滑动的。
35.按照17至34中任何一项权利要求
的处置场所，其特征在于，紧密堆叠的组合罐阵列至少包括两层组合罐，这两层组合罐构成许多组合罐叠柱的行列，其中上述每一叠柱在相对于阵列的垂直方向上是可以滑动的，而且其中每一层在相对于阵列的水平方向是可以滑动的。
36.处理放射性废料的处置场所，包括在地上的一个壕沟，一个非刚性放射性屏蔽覆盖层和一个将同样大小和形状的组合罐紧密堆叠成的组合罐阵列，该壕沟底是平的，垫有一层砂砾以防止在毛细作用下地下水流到壕沟内部;该放射性屏蔽覆盖层是由若干层构成的，第一层是冲积土层，第二层是砂砾层，位于冲积土和覆盖层的其余层之间，它的作用是阻塞毛细作用水流，还有一层是泻水粉沙层，它的作用是将地表水引离壕沟，覆盖在泻水粉沙层上的一层是防冲乱石层，它的作用是保护粉沙层不受侵蚀并提供一辐射屏蔽;组合罐阵列放在壕沟中但被覆盖层覆盖，组合罐的作用有二，一是封装上述的去水的放射性废料，一是在结构上支撑上述的覆盖层。为了使组合罐阵列可以灵活地适应于由于地震产生的壕沟平底形状的改变和使组合罐修理方便，在组合罐阵列中的每一个组合罐在垂直的方向上是能够滑动的。
37.按照权利要求
36的处置场所，其特征在于，每一个组合罐的外形类似一个直角棱柱体，它有许多大小形状相同的平表面。
38.按照权利要求
37的处置场所，其特征在于，组合罐被堆叠成许多相互紧靠的叠柱，其中每一个组合罐的平表面被排列成相互共平面。
39.按照权利要求
36的处置场所，其特征在于，每一个组合罐是一个六角形棱柱体。
40.按照权利要求
36的处置场所，其特征在于，该场所进一步包含了一个排水沟，其中前述的粉沙层是倾斜的，以便将覆盖层上的地表流水引入到排水沟。
41.埋放封装在许多相同形状组合罐中的核废料的过程其特征在于，挖一个壕沟，用坚固封装的组合罐一个挨一个地紧密地码放在壕沟中，当壕沟被这种组合罐的紧密阵列充满时，为了将组合罐辐射的放射性对周围地区的辐照减到最小，在组合罐顶上铺放一层非刚性的泻水的和放射性屏蔽的覆盖层。
42.按照权利要求
41的过程，其特征在于，非刚性的泻水的和放射性屏蔽的覆盖层是这样构成的在组合罐顶上铺放一层冲积土层，使土层压实，然后在压实的冲积土层上铺上一层泻水的泥沙层。
43.按照权利要求
42的过程，其特征在于，该过程进一步包含了在压实的冲积土层和泻水粉沙层之间铺放一层具有高导水性的粗颗状材料，以便在粉沙层和冲积土层之间构成一毛细作用阻挡层。
44.按照权利要求
43的过程，其特征在于，该过程进一步包含了用一层不同大小的防冲乱石覆盖在粉沙层上，用以保护粉沙层，使其免受侵蚀，同时在组合罐顶部和周围地区之间提供最后一道放射性屏蔽层。
45.按照权利要求
44的过程，其特征在于，该过程进一步包括检测存在于壕沟底部水中的放射性量。
46.处理放射性废料的处置场所，其特征在于，该场所包含一个紧密堆叠的组合罐阵列和一覆盖在组合罐阵列上的非刚性的泻水的放射性屏蔽的覆盖层，阵列是由许多紧靠的形状为直角棱柱体的组合罐叠柱构成;覆盖层在结构上受到组合罐阵列的支撑。
专利摘要
一种处置核废料的陆上处置场所，它包括一个壕沟，一非刚性的泻水覆盖层和一个封装废料的组合罐的紧密阵列。覆盖层复盖在此壕沟上由冲积土和粉沙组成组合罐用于封装废料和支撑覆盖壕沟的非刚性覆盖层。壕沟地面包括一层由砂砾构成的毛细作用阻挡层，以防地下水渗透到组合罐。组合罐上表面分别由有斜坡的冲积土层、砂砾毛细作用阻挡层、有斜坡的粉沙层、加上两条排水沟最后再用防冲乱石层逐层向上覆盖住，从而泻去流动的地表水构成一道免受风雨侵蚀和天然放射性和闯入的阻挡层。埋在处置场所中的组合罐最好是具有相同形状的六角棱柱体。
文档编号G21F9/00GK85105839SQ85105839
公开日1987年1月28日 申请日期1985年8月1日
发明者查理斯·威廉·马劳里, 拉尔夫·埃德蒙·瓦茨, 威廉·萨穆尔·桑纳, 约瑟夫·布里安·帕拉迪诺, 阿瑟·维拉德·利里, 斯蒂芬·简·温斯顿, 比利·克拉克·斯特里克林, 约翰·爱德华·拉佐尔 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan