Процедура дезактивации оборудования и помещений на АЭС

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

http: ///

План

Введение

1. Технические средства дезактивации и дезактивирующие растворы

2. Химические и нехимические (механические) методы дезактивации

3. Метод лазерной очистки и дезактивации

Заключение

Список литературы

Введение

Дезактивация — это один из видов обеззараживания, представляет собой удаление радиоактивных веществ с заражённой территории, с поверхности зданий, сооружений, техники, одежды, средств индивидуальной защиты, воды, продовольствия.

При дезактивации в зависимости от обстановки и объекта дезактивации используются различные методы. Участки территории, имеющие твёрдое покрытие дезактивируются с помощью смывания радиоактивных веществ (пыли) под большим давлением с помощью поливочных и пожарных машин. На территориях, где твёрдое покрытие отсутствует, дезактивация может проводиться путём срезания и вывоза верхнего слоя грунта или снега, засыпки чистым грунтом, засева полей растениями, аккумулирующими радионуклиды, устройство настилов и т. д.

На АЭС дезактивация оборудования и помещений -- стандартная процедура, применяющаяся как до, так и после ремонта оборудования реакторного отделения, производится вручную персоналом цеха дезактивации с применением химических средств, либо с помощью специального оборудования и ёмкостей (сильно активированные детали оборудования).

1. Технические средства дезактивации и дезактивирующие растворы

Радиоактивная пыль состоит главным образом из оплавленных частиц неактивного носителя — почвенных материалов, в массе и на поверхности которых сосредоточены радиоактивные изотопы. Отделить эти изотопы от носителя, отмыть водой или удалить их с помощью дезактивирующих веществ трудно. Поэтому полнота дезактивации зараженных объектов в основном зависит от связи частиц носителя с дезактивируемой поверхностью или материалом, а сама дезактивация сводится к удалению максимального количества частиц носителя.

Способы удаления радиоактивных загрязнений с помощью дезактивирующих веществ при обработке зараженных объектов различны. Их выбирают в зависимости от характера дезактивируемых объектов, особенностей материалов, из которых они изготовлены, условий проведения дезактивации, наличия необходимых средств и других факторов.

Эти способы удаления обычно основаны на некоторых физико-химических процессах, аналогичных тем, которые широко применяют при удалении обычных загрязнений в различных отраслях народного хозяйства и в коммунально-бытовых условиях.

Для дезактивации применяют вещества, которые способствуют удалению радиоактивных загрязнений, повышая эффективность процесса мытья, комплексообразования и растворения, сорбции или ионного обмена. В соответствии с этим к дезактивирующим веществам относят многие поверхностно-активные (моющие) вещества и препараты, комплексообразующие вещества, кислоты, щелочи, сорбенты, ионообменные материалы и т. д., которые применяют или для приготовления разнообразных дезактивирующих растворов, или непосредственно при дезактивации.

Радиоактивное заражение может произойти при транспортировке, получении, хранении и использовании радиоактивных веществ (РВ) в случае нарушений правил безопасности, в результате аварий на АЭС, а также при применении ядерного оружия. Зараженные объекты опасны как источники внешнего облучения и внутреннего заражения людей и животных.

На предприятиях и в лабораториях, где персонал имеет контакт с РВ, дезактивация является обязательным мероприятием. Она проводится после окончания работ с открытыми источниками ионизирующих излучений (содержащими РВ порошками, растворами, мазями и др.), т. к. попадание их на кожу и слизистые оболочки даже в небольших количествах может вызвать радиационные ожоги и лучевую болезнь.

Радиоактивность зараженных РВ объектов уменьшается за счет самопроизвольных внутриядерных превращений радиоактивных элементов. Этот процесс называется естественной дезактивацией. Она происходит в течение длительного времени, которое зависит от периодов полураспада РВ. На практике ее используют для снижения уровней радиоактивного заражения воздуха и сточных вод до безопасных величин.

С целью предупреждения или уменьшения тяжести радиационных поражений необходимо проводить искусственную дезактивацию с помощью специальных средств и методов сразу или в течение первых часов после заражения. При этом следует иметь в виду, что эффективность дезактивации зависит от характера радиоактивных осадков — размеров и форм частиц, растворимости, прочности связи с зараженными объектами. Наибольшие трудности возникают при заражении растворами или мелкими частицами РВ.

Дезактивация может быть полной и частичной. Полная дезактивация заключается в абсолютном удалении РВ со всех поверхностей и из объемов объектов или уменьшении их зараженности до уровней, не вызывающих радиационные поражения. Частичная дезактивация заключается в удалении РВ до тех же уровней, но только с наиболее опасных мест (открытых участков тела, одежды, обуви) и с поверхностей объектов, с которыми люди соприкасаются при выполнении служебных обязанностей. Для дезактивации используются физические, химические и физико-химические методы. К физическим методам дезактивации относятся вытряхивание, сметание, сдувание и отсасывание пыли. Дезактивация почвы, деревянных предметов и окрашенных объектов производят путем срезания поверхностного слоя или соскабливания. Эффективно сочетание механического удаления РВ щетками со смыванием струей воды или дезактивирующих растворов. К физическим методам дезактивации относятся также отстаивание нерастворимых РВ, их задержка на фильтрах, поглощение газообразных и растворенных РВ углем, целлюлозой, глиной, а кроме того, растворение РВ кислотами или извлечение их органическими растворителями. Дезактивация некоторых объектов (например, обуви) возможна путем ультразвуковой обработки.

Химические методы дезактивации заключаются в проведении реакций с образованием осадков и получением хим. комплексов, которые благодаря возникающей прочной связи РВ с другими элементами легче задерживаются фильтрами или выводятся из организма. На практике чаще применяют смешанные физико-химические методы, отличающиеся высокой эффективностью. Используют дезактивирующие растворы, в которых сочетаются моющие средства и вещества, образующие комплексы (порошки СФ-2у, «Новость»), а иногда и хлорактивные вещества для одновременной дезинфекции и дегазации.

При специальной обработке кожи и слизистых оболочек необходимо учитывать, что наибольшую дозу облучения человек получает, как правило, в первые часы заражения. Поэтому более позднее удаление РВ с поверхности кожи и слизистых оболочек малоэффективно. Определены уровни заражения одежды, при которых не возникает острых поражений кожи; при заражении ниже этих уровней обработки не требуется.

Частичная обработка открытых участков кожи простейшими методами, проведенная сразу после выпадения РВ, предотвращает поражение кожи при любых плотностях заражения. При обработке кожи сухими тампонами или ветошью удаляется до 70% РВ, водой (снегом) — до 90%, а водой с мылом или другими моющими средствами — до 98%. При заражении растворами РВ, сорбирующимися кожей, особенно волосистыми ее частями, дезактивация затруднена. Кожу, зараженную растворами радиоактивного полония, ртути, висмута, йода и др., обрабатывают 1- 3% растворами соляной и лимонной кислот, способствующими образованию водорастворимых, легко удаляемых комплексов с РВ. Использование в этих случаях органических растворителей нецелесообразно, т. к. они увеличивают проницаемость кожи и вызывают ее раздражение. Для дезактивации слизистых оболочек применяют 2% раствор пищевой соды.

Дезактивацию одежды, халатов, постельного белья и др. проводят в механизированных прачечных. Синтетические ткани обрабатывают щавелевой кислотой с добавлением моющих средств; хлопчатобумажные — стирают в растворах дезактивирующих порошков.

Дезактивация воздуха проводится с помощью фильтровентиляционных установок, в которых фильтры-поглотители чаще всего содержат синтетическую ткань Петрянова-Соколова. Эффективная очистка воздуха от РВ в этих установках обеспечивается за счет электростатического взаимодействия радиоактивной пыли и фильтров. Для индивидуальной очистки вдыхаемого воздуха используют респираторы. Возможна дезактивация воздуха и путем пропускания его через специальные барботеры с поглощающей жидкостью.

При дезактивации воды необходимо учитывать, что при радиоактивном заражении в результате аварий в ней может раствориться большое количество РВ, а при ядерных взрывах — не более 5−10%. дезактивация воды, зараженной нерастворимыми РВ, проводится отстаиванием, что значительно уменьшает ее зараженность. Оседание частиц можно усилить путем объемной коагуляции солями железа и алюминия. При заражении открытых водоемов воду для технических потребностей целесообразно отбирать из поверхностного слоя, т. к. основная часть нерастворимых частиц находится на дне. Для питья используют чистую воду из закрытых источников или полностью дезактивированную. С целью полной дезактивации растворенные РВ, оставшиеся в воде после отстаивания, удаляют фильтрованием через активированный уголь, специальные ионообменные сорбенты или перегонкой (дистилляцией). Комплексная очистка воды может обеспечить удаление до 99% радиоактивных веществ.

При определении возможности употребления молока требуется большая осторожность, т. к. в нем возможна высокая концентрация растворимых РВ, особенно йода-131, за счет накопления их в молочных железах коров, питавшихся зараженными травой и сеном. Д. продовольствия и фуража, которые в момент заражения не были защищены, проводятся путем удаления поверхностного зараженного слоя.

Для дезактивации техники, особенно запыленных замасленных поверхностей, используют 0, 3−1% растворы дезактивирующих порошков. В сочетании с механической обработкой щетками, струей растворов под давлением обеспечивается удаление до 98% РВ. Дезактивация поверхностей возможна за счет связывания РВ быстро твердеющими синтетическими пленками. Дезактивация окрашенных поверхностей или объектов, покрытых смазкой, проводится ветошью, смоченной растворителями — бензином, керосином, дизельным топливом.

Синтетические покрытия дезактивируют растворами органических кислот (щавелевой, уксусной, лимонной) и растворами, содержащими окислители. Для дезактивации транспорта используют автомаксы или комплекты типа ДК-4, присоединяемые к выхлопной трубе автомашины. Комплект, снабженный эжектором и шлангом со щеткой, работает как распылитель или пылесос.

Изделия из нержавеющей стали можно обрабатывать последовательно 10% лимонной и 0, 5% азотной кислотами. Стеклянная посуда отмывается растворами неорганических кислот или хромовой смесью.

Лица, проводящие дезактивацию, должны пользоваться индивидуальными средствами защиты: противогазами, респираторами, комбинезонами, очками, резиновыми перчатками, фартуками, обувью, защитными чулками, а по завершении работ сами пройти дезактивацию с последующим дозиметрическим контролем.

Следует помнить, что при авариях на АЭС и в лабораториях чаще образуются мелкодисперсные аэрозоли растворимых РВ, что усложняет дезактивацию и дозиметрический контроль.

Дезактивация в военно-полевых условиях заключается в удалении РВ с поверхностей предметов вооружения, боевой техники, инженерных сооружений, индивидуальных средств защиты, обмундирования, обуви, снаряжения, а также из продуктов питания и воды.

Частичная дезактивация проводится личным составом войск. Она заключается в удалении основного количества РВ с поверхностей предметов и объектов, с которыми вынужден соприкасаться личный состав.

При наземных и низких воздушных ядерных взрывах прочность связи радиоактивной пыли с поверхностями объектов очень мала, и оплавленные крупнодисперсные частицы легко удаляются простейшими методами дезактивации.

Частичная дезактивация проводится как на зараженной, так и на незараженной местности с использованием главным образом подручных средств.

С поверхности зараженных предметов и объектов радиоактивную пыль удаляют путем сметания ветками, метлами или щетками либо обтиранием увлажненными тряпками, ветошью и пучками травы, а также снегом, взятым из глубоких слоев. Обмундирование, сумки противогазов, плащ-накидки, лагерные и другие палатки вытряхивают или выколачивают палками.

При частичной дезактивации подвижной боевой техники (танков, бронетранспортеров и др.) и инженерных сооружений обрабатывают и внутренние их поверхности.

Если поблизости имеется водоисточник, поверхности предметов и объектов обмывают водой. Частичная дезактивация открытых фортификационных сооружений заключается в снятии со дна поверхностного слоя земли толщиной 3−5 см, которое проводится после сметания радиоактивной пыли с вертикальных и наклонных поверхностей.

Полная дезактивация проводится специальными частями и подразделениями на пунктах специальной обработки, развертываемых на площадках вне зараженной зоны. Эффективность проведения полной дезактивации контролируется дозиметрическими приборами. Полное удаление РВ со всех предметов вооружения, боевой техники, снаряжения, обуви, одежды, противогазов и других предметов, увлажнение которых не вызывает их порчу, проводят струей воды или дезактивирующих растворов с использованием специальной обмывочной техники. Для большей эффективности при обмывании используют щетки, метлы, тряпки и др. Обмундирование при сильном радиоактивном заражении, не снижаемом при вытряхивании и выколачивании, стирают в специальных полевых механизированных прачечных.

Повторное его использование возможно, если удалось снизить заражение до безопасных уровней.

Основными источниками загрязнения радиационно-опасных объектов, оборудования, территории, зданий являются:

— рабочая среда контуров ядерной энергетической установки;

— рабочие растворы различных изотопов, изготовленных для отработки методик;

— порошкообразные радиоактивные вещества;

— жидкие радиоактивные отходы и др. На радиационно-опасных объектах загрязнения могут возникать:

— при нарушении правил обслуживания ядерной энергетической установки, исследовательского ядерного реактора;

— при нарушении герметичности контуров ИЯР, ЯЭУ;

— при перезарядке активных зон реактора;

— при смене сорбентов фильтров активности 1 контура реактора;

— при отборе проб воды 1−3 контуров реактора;

— при сборе ЖРО (пролив, использование стеклянной посуды или негерметичной емкости);

— при ремонте оборудования реактора;

— при производстве анализов воды контуров реактора;

— при отработке методик производства радиохимических анализов и т. п.

Радиоактивное загрязнение наружных поверхностей оборудования, инструментов, лабораторной посуды, аппаратуры, поверхностей рабочих помещений, где проводятся работы с применением радиоактивных веществ в открытом виде, а также в отделениях санитарных пропускников для хранения спецодежды не должно превышать значений, указанных в таблице «Норм радиационной безопасности (НРБ-96)».

Таблица 1

Объект загрязнения

Альфа- активные нуклиды

Бета-активные нуклиды

Неповрежденная кожа, спец-белье, полотенца, внутренняя поверхность лицевых частей СИЗ

отдельные

прочие

200

2

2

Основная спецодежда, внутренняя поверхность дополнительных СИЗ, наружная поверхность спецобуви

5

20

2000

Поверхности помещений постоянного пребывания персонала и находящегося в них оборудования

5

20

2000

Поверхности помещений периодического пребывания персонала и находящегося в них оборудования

50

200

10 000

Наружная поверхность дополнительных СИЗ, снимаемых в шлюзах

50

200

10 000

К отдельным относятся АЛЬФА-нуклиды, среднегодовая допустимая объемная активность которых в воздухе рабочих помещений ДОА менее 0,0003 Бк/л.

Загрязнение внутренних поверхностей камер, боксов и вытяжных шкафов, а также поверхностей оборудования, размещенного в камерах, боксах и вытяжных шкафах, не нормируется.

При этом загрязненные предметы и поверхности не должны приводить к загрязнению воздуха рабочих помещений выше установленной допустимой концентрации, превышению допустимого уровня излучений на наружных поверхностях соответствующих защитных устройств, переоблучению рук работающих в вытяжных шкафах и перчаточных боксах.

Во всех помещениях постоянного пребывания персонала, в которых ведутся работы с применением радиоактивных веществ в открытом виде, должна проводиться ежедневная уборка влажным способом.

Периодически, не реже одного раза в месяц, должна проводиться полная уборка с мытьем стен, полов, дверей и наружных поверхностей оборудования. Сухая уборка помещений запрещается.

Уборочный инвентарь закрепляется за помещением и хранится в специально отведенных местах.

В помещениях постоянного пребывания персонала должен быть предусмотрен неснижаемый запас дезактивирующих средств и моющих растворов, подбираемых с учетом свойств радионуклида и его соединений, с которыми проводится работа, а также характера поверхностей, подлежащих дезактивации.

При работе с открытыми источниками должны быть предусмотрены средства ликвидации аварийных загрязнений (специальные растворы, инвентарь для уборки помещений, дополнительные СИЗ и т. д.). Набор таких средств должен быть определен заблаговременно.

По окончании работ каждый работающий должен убрать свое рабочее место и при необходимости дезактивировать рабочую посуду и инструмент.

В случае разлива радиоактивного раствора необходимо собрать его и удалить, а при рассыпании радиоактивного порошка необходимо выключить вентиляционные установки, способные привести к распространению РВ, и затем принять меры к сбору и удалению его.

Необходимо контролировать эффективность дезактивации. Оборудование, инструменты, посуда, не поддающиеся очистке до допустимого уровня, подлежат замене и рассматриваются как радиоактивные отходы.

Комплекс работ, направленных на нормализацию радиационной обстановки на объектах:

1. оценка радиационной обстановки:

2. — определение уровней радиации;

3. — определение степени и границ радиоактивного загрязнения поверхностей;

4. — определение допустимого времени работы в загрязненных помещениях;

5. определение сил и средств, объема работы, формы одежды, организация дозиметрического и радиационного контроля;

6. дезактивация поверхностей.

7. сбор и удаление ЖРО и ТРО;

8. оценка радиационной обстановки после дезактивационных работ.

Определение степени загрязнения поверхностей проводится:

· при помощи приборов радиационного контроля;

· при помощи метода снятия мазков.

Приборы радиационного контроля для определения степени загрязнения поверхностей радиоактивными веществами используются согласно инструкции по эксплуатации данного прибора.

Метод снятия мазков заключается в снятии части радиоактивных веществ с контролируемой поверхности специально приготовленными для этой цели тампонами, измерении их активности с помощью радиометров и определении уровней загрязнения поверхностей с учетом коэффициентов переноса радиоактивных веществ на тампон.

Размер тампона должен соответствовать размерам рабочих окон датчиков радиометров, используемых для измерения.

Тампоны для повышения доли снимаемой активности с загрязненной поверхности смачивают в разбавленной азотной кислоте (1−1,5 нормальная) или этиловом спирте и отжимают.

При контроле загрязнения электрооборудования, электронной и оптической аппаратуры используют только этиловый спирт.

Пробы берутся равномерно со всего участка загрязнения из расчета один мазок с площади 1 — 1,5 кв. метра.

Для измерения тампон в развернутом виде загрязненной стороной подносят к датчику прибора на расстояние в 1 см. от рабочего окна и по шкале прибора снимают величину загрязнения тампона.

Технические средства дезактивации

Для дезактивации различных поверхностей, загрязненных радиоактивными веществами, используются стационарные и переносные средства дезактивации.

К ним относятся типовые стационарные системы дезактивации, которыми снабжаются атомные электростанции, исследовательские ядерные реакторы. Они представляют собой трубопроводы, проложенные в радиационноопасных помещениях, в которые при необходимости подается дезактивирующий раствор и с помощью пароэжекционного распылителя производится внешняя обмывка помещений и оборудования.

Сливаются отработанные дезактивирующие растворы в спецканализацию и собираются в специальные емкости для последующего анализа и сдачи на захоронение.

К переносным средствам дезактивации относятся:

1. автономный прибор комплекта для дезактивации вооружения и техники. (ДКВ);

2. ранцевый корабельный дезактивационный прибор (РКДП).

Автономный прибор ДКВ

Прибор ДКВ состоит из резервуара и сифона. В верхней части прибора имеются два воздушных штуцера и предохранительный клапан для предотвращения повышения давления в резервуаре прибора более 5,5 кгс/см.

К прибору придаются два брандспойта со щетками, два жидкостных шланга длиной по 5 метров каждый, воздушный шланг и автомобильный воздушный насос.

· Вес прибора:

o неснаряженного … 13−14 кг.

o снаряженного дезактивирующей жидкостью … 43−44 кг.

· Расход раствора через один брандспойт … 2,5−3,5 л/мин.

· Рабочее давление в резервуаре прибора … 2,0−3,0 кгс/см2

Ранцевый корабельный дезактивационный прибор (РКДП)

РКДП состоит из: резервуара, воздушного баллона, редуктора, шланга, обратного клапана, предохранительного клапана, брандспойта со щеткой:

— полная емкость резервуара … 10 л.

— масса снаряженного пробора … 9,6 кг.

— емкость воздушного баллона … 0,7 л.

— избыточное давление сжатого воздуха в баллоне … 150 кгс/см2

— площадь, обрабатываемая одним зарядом рабочей смеси … 10 м2

Принцип действия и РКДП, и прибора ДКВ одинаков и заключается в подаче дезактивирующего раствора из резервуара давлением сжатого воздуха через жидкостные шланги к брандспойтам и распределении на обрабатываемой поверхности с помощью щеток.

Дезактивирующие растворы, рекомендуемые к применению в случае загрязнения поверхностей радиоактивными веществами

Для дезактивации поверхностей применяются:

— препарат СФ-3;

— раствор N 3;

— раствор дезактивирующего порошка СФ-2 (СФ-2У);

— раствор моющих средств «Эра», «Дон», «Новость» и т. д.

Препарат СФ-3 -- однородный мелкодисперсный порошок кремового или темно-желтого цвета, изготовленный из смеси гексаметафосфата натрия и сульфанола, 1%-й водный раствор препарата применяется для дезактивации и дегазации.

Раствор N 3 -- представляет собой водный раствор, содержащий 2% ингибированной соляной кислоты и 0,5% моющего средства ОП-10 или

ОП-7. В зимних условиях к нему добавляется хлористый кальций или хлористый магний в качестве антифриза для понижения температуры замерзания.

Из значительного числа рецептур дезактивирующих растворов, наиболее широко применяется 1%- ный водный раствор СФ-3.

Дезактивация поверхностей механизмов, оборудования и аппаратуры в помещении реактора, а также наружных поверхностей точных механизмов, электроприборов и электронной аппаратуры, не допускающих использования дезактивирующих растворов, производится протиранием тампонами из бельевой ветоши, смоченными этиловым спиртом, без последующего обмыва водой.

Локализация (изоляция) достигается нанесением на загрязненные (чистые) поверхности защитных полимерных составов (ЗПС) в 2−3 слоя или полиэтиленовой пленки. Полимерный состав наносится с помощью специальной установки или просто малярной кистью. После высыхания этого покрытия допускается хождение по нему персонала. Специальной подготовки поверхностей перед нанесением ЗПС, кроме удаления протечек воды, не требуется.

Нанесение ЗПС на поверхности сложной конфигурации, кабельные тросы, арматуру, с целью последующего облегчения съема, осуществляется путем предварительной пропитки полимерным составом ткани (марли, бязи), наложением ее на поверхность и последующей сушкой.

Для дезактивации внутренних стен и наружных поверхностей зданий главным образом используется вода и дезактивирующий раствор.

Обработка производится по схеме: вода — раствор — вода.

Основная масса РВ удаляется путем обработки водой загрязненных поверхностей. По окончании обработки водой определяется степень загрязненности, затем загрязненные поверхности обрабатываются дезактивирующим раствором.

После обработки дезактивирующим раствором продукты дезактивации удаляются с поверхностей смыванием водой под давлением с помощью пожарных шлангов и снова определяется степень загрязненности, при наличии РВ обработка повторяется, при отсутствии РВ приступают к обработке горизонтальных поверхностей (полов, лестниц и т. п.).

Норма расхода раствора — 0,5 л/м2

Скорость дезактивации — 3−4 м2/мин

2. Химические и нехимические (механические) методы дезактивации

Методом непрерывной очистки дезактивации на АЭС является непрерывная очистка части теплоносителя (продувки) на ионообменных фильтрах системы спецводоочистки. Однако это не предотвращает полностью образование радиоактивных отложений.

Разработка методов периодической химической дезактивации проводится, как правило, применительно к конкретным условиям данной: АЭС с учетом количества, структуры, химического и изотопного состава отложений и целей дезактивации. Если дезактивация должна быть полной, то при разработке методов следует исходить из необходимости полного растворения всего окисного слоя, включая и трудно растворимые соединения. При выборе метода дезактивации конкурирующие методы оценивают по следующим критериям: коэффициент дезактивации; степень коррозионного воздействия на основные конструкционные материалы; количество сбросных радиоактивных вод; возможность концентрирования активности (например, на ионообменных! фильтрах, если радионуклиды в дезактивационном растворе несут заряд); технологические условия проведения процесса дезактивации (температура, время, скорость движения раствора и т. п.); возможность использования основного оборудования контура; дефицитность реагентов, их стоимость, условия хранения, обращения и т. д.

В отличие от процесса очистки от отложений на ТЭС удаление радиоактивных отложений на АЭС связано с дополнительными трудностями: необходимостью удаления окисной пленки, а иногда и поверхностного слоя основного металла на глубину нескольких микрометров; разработка растворов и технологии дезактивации для удаления весьма труднорастворимых окислов хрома Сг203, железа Fe304 и смешанных типа хромата FeCr204.

На первой стадии процесса используется окислительный раствор. Его назначением является окисление аниона Сг203 до хромат-иона, окисление нерастворимого хромата FeCr2C>4 Д° растворимой формы хромата и двухвалентного железа до трехвалентного и окисление магнетита до более растворимых окислов. Наибольшее распространение для этой цели получил раствор едкого натра NaOH (0,5--1,5%)*и перман- ганата калия КМп04 (0,05--0,15%). Аналогичное действие оказывает сложный раствор, куда входят перекись водорода и комплексоны НТА (нитрилтриуксусная кислота) или ЭДТА.

На второй стадии можно использовать большое количество реагентов, назначение которых растворить подготовленные к этому радиоактивные элементы отложений. Для этой цели чаще всего используют органические кислоты (щавелевую, лимонную, аммонийцитрат) и комплексоны (ЭДТА, НТА и др.). После каждой стадии проводится тщательная водная отмывка поверхностей. Обе стадии дезактивации, включая водные отмывки после каждой стадии, составляют один цикл. По опытным данным за 3-- 4 цикла можно удалить 97--99% активных отложений. Основным недостатком многостадийного метода дезактивации является большое количество сбросных радиоактивных вод, которые требуют переработки и захоронения.

Стремление при проведении дезактивации сократить количество радиоактивных отходов, подлежащих переработке, побуждает совершенствовать технологию дезактивации. Весьма перспективным является метод высокотемпературной дезактивации с применением композиций на основе комплексонов, опробованный на Белоярской АЭС. При этом резко сокращается число стадий и соответственно количество сбросных вод, а возможность концентрации активности облегчается, так как в растворе образуется заряженный комплекс, который может быть легко выведен на ионообменных фильтрах. Этот же метод может быть использован, если в составе конструкционных материалов реакторного контура есть стали перлитного класса.

Химический метод дезактивации целесообразно использовать применительно к оборудованию установок спецводоочистки, циркуляционных петель реактора и контура в целом, насосам, арматуре, приводам СУЗ, чехлам хранения кассет и инструменту.

Иногда для удовлетворения эксплуатационных потребностей может оказаться достаточной дезактивация части реакторного контура.

Этой цели служат специальные дезактивационные установки, например используемая на АЭС с реакторами ВВЭР-440 установка для дезактивации ПГ.

Некоторые детали (детали ГЦН, приводов СУЗ) или крупногабаритные узлы (участки трубопроводов, улитки ГЦН, стенки бассейнов перегрузки и выдержки отработавших твэлов) иногда более удобно дезактивировать электрохимическим методом. Сущность его заключается в электрохимическом растворении поверхности изделия в растворе электролита при пропускании через него постоянного тока. Изделие является анодом, катод изготавливается из свинца или алюминия и его форма должна воспроизводить конфигурацию дезактивируемой поверхности.

Для дезактивации больших поверхностей (наружных поверхностей технологического оборудования, внутренних поверхностей баков и бассейнов, полов и стен помещений и т. п.) используется пароэмульсионный метод f36]. Здесь в качестве дезактивирующего используется раствор, содержащий щавелевую кислоту концентрацией 20 г/кг, поверхностно-активное вещество ОП-7 концентрацией 5 г/кг и гексаметафосфат натрия -- 5 г/кг. С помощью специального пистолета, к которому подводится пар давлением 0,8--1,2 МПа, раствор в виде паровой эмульсии наносится на поверхность. Скорость обработки поверхности ~ 1 м2/мин. В зависимости от состояния поверхности и вида загрязнения дезактивирующий раствор можно менять.

Локальные загрязнения и инструмент иногда дезактивируют механическим способом. В этом случае используют реагенты и технологию многостадийного метода химической дезактивации, нанося растворы специальными щетками, протирками и т. п.

Жидкие радиоактивные отходы на АЭС имеют существенно разную активность. Основные принципы организации их обработки в системе АЭС -- концентрация активности в минимальном объеме, подлежащем захоронению, и возврат в систему АЭС максимального количества очищенной воды.

Экономически целесообразно первый принцип реализовать при раздельной обработке отходов с разной активностью. Высокоактивные отходы, удельная активность которых более 10~4 Ки/кг (дренажи, протечки, трапные воды, дезактивационные растворы и т. п.), обрабатываются на многоступенчатых испарительных установках или на испарительных установках в сочетании с ионообменными фильтрами. Отходы низкой удельной активности менее Ю-4 Ки/кг (продувка ПГ, сбросы спецпрачечной и душевых) проходят обработку на ионообменных фильтрах или на одноступенчатых испарительных установках. Из дренажных баков через регенеративный теплообменник вода направляется в выпарной аппарат, где происходит концентрирование примесей и коагуляция их с помощью азотнокислого кальция. Концентрат из выпарного аппарата направляется в доупариватель, где содержание примесей доводится до 20-- 40%. Подогреватели выпарного аппарата и доупаривателя обогреваются отборным паром турбины (р -- 0,35 МПа). Насыщенный пар из обоих аппаратов проходит очистку в скруббере выпарного аппарата и направляется в конденсатор-дегазатор. Радиоактивные и другие неконденсирующиеся газы (С02, 02 и т. п.) направляются в систему СГО, а конденсат насосом через охладитель -- на очистную установку, где последовательно проходит механический и ионообменные фильтры. Очищенный конденсат поступает в контрольный бак и после проверки его качества подается в баки чистого конденсата или на повторную обработку. Концентрат радиоактивных отходов из отключенного доупаривателя сжатым воздухом передавливается в хранилище жидких отходов для длительного хранения. Периодически в ХЖО гидротранспортом подаются сорбенты ионообменных фильтров и фильтрующий материал механического фильтра.

Хранилище жидких отходов представляет собой систему подземных бетонных емкостей, внутри которых размещены баки из нержавеющей стали аустенитного класса для хранения радиоактивных отходов. Конструкция баков выполнена по принципу «бак в баке». Баков не менее двух -- рабочий и резервный. При возникновении неплотности во внутреннем баке в результате длительного хранения коррозионно-активной среды высокой концентрации наружный бак предотвращает выход радиоактивных отходов в окружающую среду. В этом случае содержимое рабочего бака перекачивается в резервный. Для осуществления этой технологической операции используется вакуумная емкость, которая подключается к рабочему баку. Из рабочего бака жидкость под атмосферным давлением (из полостей внутреннего и наружного баков) поступает в вакуумную емкость, а из нее передавливается сжатым воздухом в резервный бак.

В баке хранения ионообменных и фильтрующих материалов на дне имеется фильтрующий слой, через который проходит вода, участвующая в гидротранспортировке. С помощью вакуумной емкости она может быть направлена на очистку с целью ее многократного использования.

Во время хранения в ХЖО продолжается радиоактивный распад нуклидов, выделение тепла и газов. Для охлаждения и вентиляции к ХЖО осуществляется подвод и отвод воздуха.

Хранилища рассчитаны на 5 лет работы. Исходя из этого например, для блока с реактором ВВЭР-440 емкость рабочего и резервного баков составляет 500 м³, а бака для хранения сорбентов -- 150 м³. После этого срока активность жидких радиоактивных отходов снижается и их отверждают.

Целью отверждения является фиксация радиоактивных отходов. Для этого применяют цементирование или битумирование. Битумная масса сливается в бочки, которые отправляются на длительное хранение. Бочки (или цементные блоки) хранят на открытых площадках, в траншеях или специальных бетонных хранилищах. В ФРГ для этой цели используют старые соляные шахты. Некоторые страны (Бельгия, Нидерланды, Австрия и др.) из экономических побуждений сбрасывают бочки в море на глубину 5000 м. Это антигуманное решение, противоречащее обеспечению долгосрочной безопасности человечества, встречает резкое осуждение советских ученых.

Твердые радиоактивные отходы АЭС можно спрессовывать или сжигать.

При прессовании объем отходов уменьшается в 2--8 раз. Производительность работающих в СССР и других странах установок составляет 50--70 кг/ч (рраб -- 20,0 МПа). Брикеты складывают в бочки и цементируют. При сжигании объем отходов уменьшается «в 40--50 раз, а унос радиоактивных веществ с газами, направляемыми в свою систему газоочистки, составляет 10%. Образующаяся зола смешивается с жидкими отходами низкой активности, отверждается и в твердом виде отправляется на длительное хранение.

Методы дезактивации, используемые при техническом обслуживании, ремонте, а также снятии предприятий атомной промышленности с эксплуатации, обычно разделяют на три основные категории: химические, электрохимические и нехимические (или механические). Применительно к металлическим отходам, образующимся в процессе снятия предприятий с эксплуатации, разрабатывается также метод дезактивации, в основу которого положен процесс переплава.

Химические методы используются, главным образом, для дезактивации металлических поверхностей и основаны на растворении оксидных слоев, которые образуются на металлических поверхностях оборудования в процессе его эксплуатации и в которых накапливается основная часть радионуклидов. Выбор химического реагента зависит от многих факторов, в том числе от природы радиоактивного загрязнения, характера оксидного слоя (физической структуры, растворимости, химического состава), свойств основного конструкционного материала, планов дальнейшего использования оборудования (вопросы коррозии металла) и других факторов.

Химические методы дезактивации обычно подразделяют на две группы: «жесткие» методы, в которых используют реагенты с высокой (>1% по массе) концентрацией, и «мягкие» -- соответственно с низкой (<1% по массе) концентрацией. Основные технологические требования к процессам химической дезактивации:

* высокая скорость процесса;

* высокая эффективность дезактивации (коэффициент дезактивации > 20);

* низкая технологическая и остаточная коррозия оборудования;

* простота технологии обработки отходов;

* небольшие объемы отвержденных форм отходов.

Общий технологический принцип почти для всех процессов химической дезактивации — окисление металлов, входящих в состав поверхностного слоя, с последующим растворением окисленных форм металлов, как правило, в присутствии комплексообразователей. Некоторые обобщающие данные об этих двух группах методов химической дезактивации представлены в табл. 2.

В процессе химической дезактивации используют также различные химические соединения или смеси химических реагентов в виде гелей, пен или паст. Основное преимущество таких форм — возможность их применения для обработки больших объемов на единицу массы, чем в случае жидких реагентов. Другое преимущество — небольшие объемы отходов и возможность взаимодействия реагентов с дезактивируемой поверхностью во времени. Недостатками являются более низкая эффективность дезактивации и возможные трудности при обработке образующихся отходов.

Таблица 2

Процесс

Область применения

Основные преимущества

Основные ограничения

С использованием химических реагентов высокой концентрации («жесткие» методы)

* компоненты, которые могут быть погружены в реакционные аппараты (вентили, насосы, различные инструменты и др.);

* крупные объекты (транспортные контейнеры) путем циркуляции через них дезактивирующего раствора

Относительно небольшая продолжительность процесса (время требуемого контакта);

* высокий (обычно> 10) коэффициент дезактивации;

* высокие результаты, получаемые при дезактивации нержавеющей стали

Большое количество химических реагентов, вводимых в процесс; большое количество отходов и возможные проблемы с их кондиционированием; возможные коррозионные повреждения конструкционных материалов, особенно в местах сварных швов; необходимость повторной циркуляции реагентов и промежуточных промывок водой между отдельными стадиями процессов

С использованием химических реагентов низкой концентрации («мягкие» методы)

Вся система контуров теплоносителя реакторов, вспомогательные контуры большого объема, обводные линии;

* компоненты, которые могут быть погружены в реакционные аппараты;

* поверхность ТВС; тяжеловодные системы

Низкие скорости коррозии для материалов контуров теплоносителя;

* относительно небольшое количество химических реагентов, вводимых в процесс, что облегчает обработку отходов;

* возможность очистки (регенерации) дезактивирующих растворов в ходе процесса дезактивации с помощью ионообменных смол,

* небольшое количество отходов (отработанных ионообменных смол);

* возможность проведения более частой дезактивации (в процессе эксплуатации реакторов)

Низкий коэффициент дезактивации (обычно < 10) по сравнению с «жесткими» процессами при сравнимой продолжительности процессов;

* необходимость, в ряде случаев, длительного времени циркуляции реагентов

Один из вариантов химических методов дезактивации -- использование удаляемых полимерных пленок. В составы для образования таких пленок (полиэтилен, казеин, поливинилхлорид) вводятся различные дезактивирующие реагенты (кислоты, окислительно-восстановительные реагенты, комплексообразователи). Их можно наносить на дезактивируемую поверхность различными техническими средствами, в том числе в виде аэрозолей. После затвердевания образовавшиеся пленки с включенными в них радиоактивными загрязнениями удаляются. Основные преимущества использования этого метода — появление только твердых отходов, исключение диспергирования радиоактивности. Основные недостатки — возможность высокого облучения персонала (пленки обычно удаляются с поверхностей вручную), а также возможность радиолиза при длительном контакте пленки с радиоактивными компонентами. Коэффициент дезактивации изменяется от 1,7 (для кирпича) до 100 (в случае нержавеющей стали).

Дезактивация металлических поверхностей с использованием электрохимических процессов (иногда называемых электрополировкой) основана на анодном растворении поверхностного слоя металла, содержащего радиоактивное б-, в-, г-загрязнение [ ]. В качестве электролита обычно применяют фосфорную, а также серную или щавелевую кислоты. Изучалась также возможность использования щелочных электролитов (растворы солей NaNO3, Na3ВОз-10Н2О, Na2 C2O 4 и NaF).

В последнем случае электрохимический эффект несколько ниже, чем для фосфорной кислоты, однако метод более благоприятен с точки зрения последующей очистки электролита от радиоактивного загрязнения. Типичные условия для применения фосфорной кислоты: концентрация 40--80% по массе, электродный потенциал 8--12 В, плотность тока 5--50 А/дм2, температура электролита 48--80 °С. Процесс в основном реализуется в условиях стационарных установок, однако в последнее время разработана техника, которая позволит использовать его непосредственно на месте для дезактивации наружной поверхности крупных объектов, а также внутренней поверхности резервуаров, трубопроводов, перчаточных боксов и других объектов Процесс характеризуют высокая скорость, высокая эффективность дезактивации, низкие объемы отходов (при использовании методов очистки электролитов и возврата их в цикл), возможность получения гладких поверхностей, возможность реализации процесса в дистанционно управляемом варианте.

Нехимические (механические) методы дезактивации основаны на физическом удалении радиоактивных загрязнений с поверхности при помощи различных механических средств. Главный недостаток этих методов -- возможность образования большого количества пыли, аэрозолей, испарений, а также твердых и жидких отходов. Использование некоторых из этих методов связано также с вероятным облучением персонала. Механические методы дезактивации представлены в табл.3.

Таблица 3

Процесс

Область применения

Основные преимущества

Основные ограничения

Вакуумная очистка (влажная и сухая)

Для удаления радиоактивных загрязнений в виде твердых легко удаляемых микро (макро) частиц с любых доступных поверхностей (в том числе полов, стен); для очистки перчаточных боксов, содержащих б-загрязнение

Простота, невысокие затраты; обращение с образующимися отходами не представляет большой сложности; отсутствие повреждений (эрозии) обрабатываемой поверхности

Низкая, как правило, степень очистки от радионуклидов; возможное диспергирование радионуклидов в виде аэрозолей; вероятно высокое облучение персонала

Очистка с помощью кистей, щеток, скребков

Для удаления неплотных (рыхлых) или растворимых слоев радиоактивных загрязнений

Простота, невысокие затраты; возможность использования органических моющих средств (детергентов) для удаления радиоактивно загрязненных масел и смазочных материалов

Возможное диспергирование радионуклидов; образование больших объемов отходов, подлежащих обработке; вероятно высокое облучение персонала (особенно рук)

Виброочистка, основанная на использовании очищающего действия вибрирующей абразивной среды, например металла

Для компонентов небольшого размера, особенно деталей со сложной конфигурацией (материалы -металл, резина, пластик, стекло и др.)

Возможность удаления, наряду с поверхностным радиоактивным загрязнением, слоев краски, ржавчины, накипи и др.; небольшие объемы вторичных отходов; высокая степень очистки от радионуклидов

Ограниченные размеры обрабатываемых объектов; непригодность для объектов с узкими пределами допусков (по размерам) аэрозолей

Обработка водо/паровой струей: давление до 3000-- 4000 МПа, скорость подачи 40--200 л/мин

Для очистки: внутренней поверхности трубопроводов и резервуаров, пола, стен; насосов, вентилей, клапанов и др.; транспортных контейнеров для ОЯТ

Многостороннее использование; возможность применения химических очищающих добавок или абразивов; метод можно легко адаптировать для дистанционного управления

Большие объемы жидких отходов (при отсутствии рециркуляции); возможность значительной эрозии; образование загрязненных радионуклидами аэрозолей; опасность, связанная с использованием высокого давления

Абразивная очистка. Абразивы (песок, глинозем, карборунд, металл и др.) распыляются с помощью сжатого воздуха (давление 5 — 9 МПа), воды (давление 500 — 1000 МПа) или пара, подаваемых со скоростью около 350 м/с

Для очистки: металлов и пористых материалов (бетон и др.); внутренней поверхности резервуаров; наружной поверхности контейнеров ОЯТ

Возможность использования как в «мокром», так и в «сухом» вариантах; высокий (200--300) коэффициент дезактивации

Возможность значительной локальной эрозии, особенно в сухом варианте процесса; образование загрязненных радионуклидами аэрозолей

Генераторы ВЧ-вибрации, пьезоэлектрические кристаллы или магнитострикционные резонаторы; интервал используемых частот 20 — 100 кГц, рабочая жидкость -- вода с добавлением очищающих химических реагентов

Главным образом, для очистки: инструментов и деталей небольшого размера; фильтров; ТВС

Высокая эффективность (во времени); небольшие объемы вторичных отходов; высокая эффективность дезактивации; использование этого процесса не приводит к диспергированию радиоактивности

Ограниченные размеры обрабатываемых объектов; необходимость тщательного контроля за процессом; возможность коррозионно-эрозионного повреждения оборудования

Очистка с применением фреона-113. Основана на использовании механического воздействия (давление до 25 МПа) и (или) растворяющего действия фреона (в стадии разработки)

Метод особенно пригоден для очистки: электронного оборудования, гибких шлангов, кабелей, моторов от радиоактивных загрязнений, связанных с маслами, смазками и другими веществами, растворимыми в органических растворителях, одежды, инструментов, больших площадей поверхностей (пола, стен)

Высокая эффективность (во времени); хорошие технологические свойства (низкое поверхностное натяжение, низкая вязкость, не токсичен, коррозионно безопасен); возможность возврата фреона в процесс; незначительное количество вторичных отходов

Необходимость наличии специального оборудования для обеспечения замкнутого цикла; ограничение размеров обрабатываемых объектов; относительно высокая стоимость фреонов; экологическая антиозоновая) опасность

Переплав. Основан на перераспределении радиоактивности за счет более высокой растворимости некоторых радионуклидов в шлаке, чем в металлическом расплаве

Может быть использован для очистки от радиоактивных загрязнений металлических отходов с низким уровнем радиоактивности, которые нельзя дезактивировать другими методами

Может быть использован как альтернатива удалению

Невозможность достижения полной очистки от радиоактивности (наведенная радиоактивность будет всегда оставаться иммобилизованной в рекристаллизованной (переплавленной) массе металла); необходимость системы для улавливания отходящих газов; высокая стоимость оборудования и потребляемой электроэнергии

Существуют и более технологичные способы дезактивации, например, обработка специальными химическими реагентами, криогенная обработка, обработка струями частиц сухого льда и многие другие. Так, при очистке труб теплообменников применяются: метод химической очистки (степень очистки — до 20%), метод очистки электромагнитными импульсами на установках серии «Зевс» (степень очистки — до 30%), метод очистки высоконапорными установками серии «Хаммельманн» и «Атюмат» (ЗАО «Центр котлоочистка» г. Москва, степень очистки — до 50%), гидромеханический метод установками серии «КРОК» и т. д. Все эти методы обладают многими недостатками. Наиболее общими из них являются образование и вторичный разнос большого количества жидких радиоактивных отходов или пыли, и необходимость присутствия персонала в рабочей зоне. Все они трудоемки, энергоемки, требуют большого количества дорогостоящих расходных материалов (растворы кислот, щелочей, поверхностно-активных веществ) и приводят к образованию значительного количества жидких радиоактивных отходов, хранение, переработка и утилизация которых требует огромных затрат. Очистка и дезактивация поверхности лазерными импульсами лишена всех этих недостатков и не вносит новых, а также обладает большим потенциалом дальнейшего совершенствования как в плане новых физических идей и технологий очистки и дезактивации, так и в отношении значительного усовершенствования оборудования.

3. Метод лазерной очистки и дезактивации

Метод лазерной очистки и дезактивации призван облегчить решение перечисленных и многих подобных проблем в атомной технике.

Основными достоинствами лазерной очистки являются:

· дистанционно управляемый процесс, минимизирующий радиационное воздействие на персонал,

· отсутствие загрязнения окружающей среды благодаря эффективным средства сбора продуктов очистки,

· удаление поверхностных радиационных загрязнений в твердой фазе без образования жидких радиоактивных отходов,

· способность очистки и дезактивации деталей сложной геометрической формы, в том числе возможность очистки внутренних поверхностей деталей сложной формы (труб теплообменников и т. п.)

· мобильность оборудования.

· высокое качество и эффективность очистки.

Лазерная очистка представляет собой эффективный метод удаления частиц различных материалов и размеров, пленок и покрытий с поверхностей твердых тел. Проблемы очистки поверхностей от примесей и загрязняющих веществ в виде мелких частиц и пленок встают во многих областях человеческой деятельности: промышленности, строительстве, искусстве, медицине и т. п. Области применения лазерной очистки постоянно расширяются, причем ряд применений связан с возможностью проникновения лазерного излучения в вакуумированные объемы и вовнутрь сложных конструкций (например, очистка внутренней поверхности труб от коррозии).

Лазерная очистка — химически чистый и недорогой процесс, который позволяет удалять широкий спектр примесей, включая такие, которые не удаляются традиционными способами, в частности, глубоко внедренные частицы и «толстые» органические пленки. Нижний предел размера удаляемых частиц при лазерной очистке меньше 0.1 мкм. Некоторые задачи, связанные с очисткой, принципиально невозможно решить, не прибегая к лазерным методам, например, удаление некоторых видов загрязнений при реставрационных и дезактивационных работах.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой