Дезактивация

Дезактивация — процесс очистки от радиоактивных загрязнений. Дезактивации могут подвергаться поверхности деталей, ёмкостей, сооружений и т. п., а также сыпучие вещества (грунт) и жидкости, так или иначе контактировавшие с радиоактивными веществами. Здесь речь пойдёт исключительно о дезактивации твёрдых радиоактивных отходов (твёрдых РАО, ТРО) и грунтов, поскольку она является разновидностью ультразвуковой очистки, в разработке технологий которой мы весьма преуспели.

Главная задача дезактивации — снизить активность объектов до значений, безопасных для человека и окружающей среды^[1]. Для ТРО задача решается максимально глубокой очисткой поверхности с использованием специальных моющих средств и оборудования (есть ещё наведённая активность, не связанная с поверхностными загрязнениями, но это отдельная тема, здесь мы её касаться не будем).

Слайды презентации о дезактивации (PDF, 1,5 M)
Презентация подготовлена совместно с НИКИЭТ им. Н. А. Доллежаля и МЦЭБ. Рассказывает о проделанной работе и изготовленном оборудовании для очистки от радиоактивных загрязнений.

Проблема

Чехлы для ОТВС на ПВХ в Губе Андреева

Проблема дезактивации ТРО остро стоит в атомной энергетике. За десятилетия эксплуатации ядерных реакторов (на АЭС, на флоте, в научных учреждениях) образовалось огромное количество радиоактивно загрязнённых отходов, в основном металлических (МРО). Они зачастую хранятся в бассейнах выдержки при АЭС и в пунктах временного хранения в безлюдных местах на Севере, вызывая озабоченность экологов и общественности. С другой стороны, хранимый металл (а это, главным образом, высококачественная нержавеющая сталь) сам по себе весьма ценен, и его переработка с возвращением в производственный цикл экономически привлекательна.

Отдельно стоит проблема грунтов, получивших радиоактивные загрязнения в результате техногенных катастроф и стихийных бедствий, сопровождавшихся выбросами радионуклидов. Они проникают в почву, делая огромные территории малопригодными для жизни и какой-либо деятельности в течение десятилетий. Дезактивация таких грунтов — задача масштабная, трудоёмкая и технически сложная, однако решаемая, как показывает опыт.

Дезактивация твёрдых радиоактивных отходов (ТРО, МРО)

Интенсивная ультразвуковая очистка радиоактивно загрязнённой поверхности в жидкой моющей среде — эффективный способ дезактивации. При этом радионуклиды переходят с поверхности в раствор, который затем цементируется и отправляется на захоронение, а очищенное изделие после проверки переходит из разряда ТРО в разряд обычных отходов (например, металлолома) и подлежит утилизации обычными методами.

Исследования, которые мы проводили совместно с нашими партнёрами из МЦЭБ, НИКИЭТ им. Доллежаля, ВНИИНМ им. Бочвара, МосНПО «Радон» показали высокую эффективность ультразвуковой дезактивации в сравнении с более традиционными методами.

Так в 2007 году мы проводили испытания на «Радоне», куда была поставлена опытная ультразвуковая установка МО-42 нашего производства. Проводилась дезактивация фрагментов нержавеющих труб, специально загрязнённых радиоактивными изотопами цезий-137 и стронций-90 (представляющими наибольшую опасность для здоровья). Тогда было показано^[2], что применение ультразвука существенно, в разы, увеличивает коэффициент дезактивации.

МО-42

В следующем, 2008 году упомянутая установка МО-42 отправилась на испытания в один из пунктов временного хранения РАО — губу Андреева на Кольском полуострове. Дезактивации подвергались чехлы для отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов. Были получены следующие результаты:

• Загрязнение образцов: исходное — 500—16000 частиц/(см²⋅мин), после дезактивации — 16 частиц/(см²⋅мин)
• Средний коэффициент дезактивации: 850
• Образуются только твёрдые РАО (на 25 тонн): две бочки по 200 л с цементным компаундом и один 200-литровый фильтр-контейнер
• Объём РАО сокращается в 35 раз
• Не образуется никаких жидких РАО
• Затраты на дезактивацию 1 кг нержавеющей стали: 11,8 руб. в ценах 2008 года^[3]

НО-145

В 2010 году на Белоярской АЭС проводились испытания другой нашей установки — ультразвукового модуля НО-145, который использовался для дезактивации фрагментов металлических ТРО, хранившихся в бассейне выдержки при станции. Образцы были покрыты слоем ржавчины, который в основном и содержал радиоактивные загрязнения.

Фрагменты ТРО Белоярской АЭС до и после дезактивации

Испытания показали увеличение скорости дезактивации в 20—50 раз и увеличение коэффициента дезактивации. Кроме того, они показали, что дезактивацию можно проводить в технологических пеналах с толщиной стенки до 2 мм, а это существенно снижает объём образующегося радиоактивного раствора.

Изменение активности ТРО Белоярской АЭС

Дезактивация грунта (почвы)

НО-180

Для дезактивации радиоактивно загрязнённых грунтов важно отделить фракцию, содержащую наибольшее количество активных загрязнений. Это, как правило, самая мелкая фракция. Таким образом задача сводится к отмывке крупных частиц от связанных с ними мелких, которая логично разбивается на две подзадачи: собственно отмывка (разрушение связей) и сепарация (разделение). Для интенсификации обоих процессов мы имеем хорошо разработанные технологии: ультразвуковую очистку и ультразвуковое просеивание.

В 2010 году по заказу НИКИЭТ им. Доллежаля мы разработали опытную установку НО-180 для дезактивации грунта. Испытания показали что применение ультразвука позволяет значительно интенсифицировать процесс реагентной дезактивации грунта и повысить ее эффективность.

Очистка хранилищ ЖРО

Длительное и даже кратковременное хранение жидких радиоактивных отходов (ЖРО), в особенности с высоким содержанием солей, приводит к образованию труднорастворимых осадков в форме кристаллогидратов. Кроме того, ёмкости-хранилища ЖРО, как правило, содержат в осадках ионообменные смолы, перлиты, всевозможные продукты коррозии и загрязнения, и, как правило, с самого начала своей эксплуатации работают без оснащения аэролифтами, эжекторными насосами или пневматическими пульсационными системами перемешивания осадков в режиме: заполнение — отстой твердой фазы — удаление осветленной части ЖРО.

При достижении определенного уровня накопления ёмкости-хранилища подлежат освобождению не только от осветленной части ЖРО, но и от осадков, чтобы обеспечить их дальнейшую безопасную эксплуатацию^[4].

Наличие радиоактивных шламовых отложений приводит к увеличению дозовых нагрузок на персонал при обслуживании хранилищ и к ускорению коррозии конструкционных материалов облицовки ёмкостей, а, следовательно, к потенциальным неконтролируемым протечкам ЖРО. К тому же наличие шламовых отложений осложняет или делает невозможным контроль состояния внутренних поверхностей и сварных швов ёмкостей-хранилищ, а также в значительной мере усложняет переработку (кондиционирование) ЖРО с целью перевода их в твердое состояние.

Штатные системы переработки (кондиционирования) ЖРО, дополненные механическими устройствами для размыва донных отложений, не в полной мере выводят донные осадки и шламы.

НО-201

В 2011 году мы, совместно с РАОТЕХ и МосНПО «Радон», провели эксперименты в рамках опытной работы «Проведение испытаний установки растворения осадков в емкостях кубового остатка АЭС с использованием ультразвуковых излучателей». Эксперименты показали, что растворение осадка при помощи УЗ происходит значительно интенсивнее.

Разработанная опытная установка (НО-201) может стать прототипом устройств для удаления прочных шламовых отложений в ёмкостном оборудовании с использованием ультразвука и их эффективного удаления для дальнейшего кондиционирования.

Примечания

1. ^ Полностью убрать активность невозможно, поскольку радиоактивные вещества в небольшом количестве присутствуют практически везде, они создают естественный радиационный фон.
2. ^ А. Е. Савкин, О. К. Карлина, А. П. Васильев, Г. В. Дубинин, Н. М. Лебедев, Б. А. Смирнов, Испытания ультразвуковой установки для дезактивации металлических РАО / Радиоэкологический журнал. Безопасность окружающей среды, № 3, 2007 г., с. 38—41
3. ^ А. Е. Савкин, О. К. Карлина, А. П. Васильев. Ультразвуковая дезактивация чехлов для ОЯТ / Радиоэкологический журнал. Безопасность окружающей среды, № 1, 2010 г., с. 116—119
4. ^ Особенно актуальной эта задача становится в связи с требованиями федерального закона № 190-ФЗ от 11.07.2011 «Об обращении с радиоактивными отходами» к переработке, кондиционированию и подготовке РАО АЭС к передаче Национальному оператору для окончательного захоронения.