Ученые Института общей и неорганической химии им. В.И. Вернадского НАН Украины разработали метод электрохимического извлечения радиоактивного загрязнения с поверхностей технологического оборудования атомных электростанций.
Метод прошел успешную апробацию на Чернобыльской атомной электростанции и Исследовательском ядерном реакторе Института ядерных исследований НАН Украины. По итогам испытаний создано устройство для электрохимической дезактивации металлических поверхностей оборудования в нестационарных условиях и разработана конструкторско-технологическая документация для его серийного изготовления.
Украина имеет собственную атомную энергетику, которую будет развивать и в будущем. Поэтому актуальными задачами являются обеспечение высокого уровня безопасности обслуживающего персонала, уменьшение загрязнения окружающей среды.
Оборудование атомных электростанций и экспериментальных реакторов следует периодически осматривать для выявления повреждений и профилактического ремонта. В процессе эксплуатации это оборудование загрязняется радионуклидами, становясь источником повышенной опасности для обслуживающего персонала и окружающей среды, поэтому требует дезактивации.
Учитывая события, случившиеся на Чернобыльской атомной электростанции (ЧАЭС) 1986 года, проблема дезактивации технологического оборудования в Украине стоит еще острее, чем в любой другой стране мира. Необходимость дезактивации особо ценного оборудования и техники требует создания эффективных технологий и оборудования, отвечающих международным стандартам.
Радионуклиды накапливаются в основном в дефектах (микротрещинах и микровпадинах) поверхностного слоя оборудования, сформированного оксидными соединениями. Удалить их можно механическими, химическими и электрохимическими методами. Толщина этого слоя оценивается в около 50 мкм.
Анализ показал, что среди известных ныне методов извлечения радиоактивного загрязнения лишь электрохимический метод обеспечивает высокую интенсивность растворения поверхностного слоя и качественную дезактивацию при невысоких удельных затратах реактивов и электроэнергии, обеспечивая при этом сохранение начальной формы, размеров, качества обработки и механических свойств поверхностей оборудования.
Суть электрохимической дезактивации заключается в разрушении поверхностного слоя загрязненного оборудования под действием электрического тока и переводе элементов, которые его образуют, в соединения, накапливающиеся в растворах, с помощью которых выполняют эту операцию.
Следует отметить, что известные методы электрохимического удаления радионуклидов в стационарных условиях практически не пригодны для дезактивации оборудования больших габаритных размеров. Такое оборудование требует создания ванн соответствующих размеров, что обуславливает большие удельные расходы реагентов и электроэнергии, не обеспечивает удаление радионуклидов из внутренних поверхностей.
Специалисты Института общей и неорганической химии им. В.И. Вернадского НАН Украины разработали устройство, которое позволяет избежать этих недостатков.
Суть разработки заключается в том, что поверхность, которую необходимо дезактивировать, соединяют с положительным полюсом источника постоянного тока (или делают одним из электродов, если используют переменный ток). Поступательными движениями перемещают катод, который контактирует с анодом через слой пористого диэлектрического материала, насыщенного раствором, с помощью которого изымают радионуклиды.
Разработанный учеными выносной электрод (катод) оснащен телескопической штангой, на которой смонтированы устройства, обеспечивающие питание электрическим током, непрерывную подачу раствора в пористый диэлектрик, перемещения поверхностью анода с любым наклоном, быструю замену пористого материала при насыщении его радионуклидами, не допускает контакта обслуживающего персонала с источником радиоактивного загрязнения.
Радионуклиды, переходящие в раствор при электролизе, накапливаются в пористом материале. Как пористый материал рекомендованы кремнеземные или базальтовые многослойные ткани. Они имеют высокую способность удерживать рабочие растворы и сорбировать радионуклиды, которые переходят в раствор при электрохимической обработке. Удельные расходы раствора при использовании этих материалов оцениваются примерно в 3-4 мл / дм2 поверхности. В отличие от стационарного режима, разработанный метод позволяет дезактивировать оборудование без демонтажа с места эксплуатации и без ограничений по размерам.
В отличие от электрохимической дезактивации в стационарных ваннах, которая сопровождается накоплением значительных объемов отработанных растворов, загрязненных радионуклидами, в свою очередь, требует дополнительных операций обезвреживания и захоронения, использования выносного электрода позволяет локализовать радионуклидные загрязнения в небольших объемах пористых диэлектрических материалов, пригодных для длительного хранения или регенерации.
Созданное оборудование ученые Института общей и неорганической химии им. В.И. Вернадского НАН Украины протестовали совместно с коллегами из Исследовательского ядерного реактора Института ядерных исследований НАН Украины.
Полученные результаты показали, что электрохимическая дезактивация позволяет уменьшить уровень загрязнения поверхностей различных фрагментов технологического оборудования с нормами, допускающими безопасную эксплуатацию обслуживающим персоналом.
