Специалисты российских организаций ТВЭЛ и ТРИНИТИ разработали технологию дезактивации металлических элементов радиационно загрязненного оборудования, выведенного из эксплуатации. Она гораздо эффективнее зарубежных аналогов, а главное — позволяет кратно сократить длительность очистки и вторичные жидкие радиоактивные отходы (ЖРО).
Полезная «шипучка»
Оборудование АЭС из коррозионно-стойких сталей обычно дезактивируют химическими методами. Элементы, требующие снятия остаточной радиоактивности (она, как правило, накапливается в тонком оксидном слое на поверхностях), долго отмывают специальными растворами: перманганата калия в щелочи, затем кислотным. Процесс продолжительный, шесть — восемь часов, и затратный, к тому же приводит к образованию большого объема вторичных жидких радиоактивных отходов.
Специалисты ТРИНИТИ по заказу ТВЭЛ разработали альтернативный метод. Вместо раствора перманганата калия в полости оборудования или в дезактивационные ванны подается вода, насыщенная пузырьками озона в очень высокой концентрации, — этакая «шипучка», нагретая до 95 °C. Озон — неагрессивный, экологически чистый и сильный окислитель. Очистка водно-газовой смесью занимает всего 20 минут, рассказывает руководитель проекта от ТРИНИТИ Игорь Вторушин. Это обеспечивает не только экономию времени и ресурсов, но и безопасность персонала: чем быстрее процесс очистки, тем меньше дозовая нагрузка.
Минимум отходов
Обильное «купание» радиационно загрязненных изделий в дезактивационной ванне с раствором перманганата калия требует неоднократной замены реагента. Водно-озоновая система меняет ситуацию в корне. «Озон не вносит в ЖРО никаких дополнительных химических соединений, в отличие от перманганата калия», — поясняет Игорь Вторушин.
После использования озонсодержащую воду менять не надо, нужно только повысить содержание озона — добавить «пузырьков». Объем ЖРО даже после трех-четырех (в зависимости от степени загрязнения) циклов очистки не меняется.
«Переработка вторичных ЖРО сложная и затратная, — говорит главный эксперт по выводу из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов ТВЭЛ Александр Ермаков. — Нужны системы для сбора и транспортировки, установки для переработки и отверждения. Отвержденные продукты в специальных контейнерах после временного хранения передают на пункты захоронения РАО. Вся эта цепочка предполагает и серьезные технологические усилия, и большие финансовые затраты. В нашей технологии мы не используем столько химически опасных реагентов, наш реагент — озон, форма существования кислорода. До и после обработки детали промываются раствором щавелевой кислоты, но концентрация у нее слабая, реагентов, попадающих в ЖРО, меньше в десятки раз. В итоге упрощается переработка ЖРО, и мы можем отправлять в пункты захоронения значительно меньше отходов. Все это кратно сокращает траты на обращение с РАО».
Повышение температуры
Использование озона не эксклюзив. Toshiba, например, применяет для дезактивации водный раствор озона, рабочая температура растворения оксидной пленки — 70 °C. Но растворимость озона падает по мере увеличения температуры, то есть его концентрация в растворе снижается. А скорость разрыхления оксидной пленки стали и перехода содержащихся в ней радионуклидов в растворенное состояние резко возрастает с повышением температуры.
Ученые ТРИНИТИ сделали значительный шаг вперед, взяв озон высокой концентрации в газообразном состоянии. Технология позволяет поднять температуру среды до 95 °C (в воде при такой температуре озон практически нерастворим). «При температуре, близкой к 95 °C, оксид хрома вступает в интенсивную реакцию не с растворенным в воде озоном, а с газообразным, диффундирующим через тонкий слой воды газового пузыря. Чем меньше пузырь и тоньше пленка воды, тем быстрее происходит диффузия озона и окисление оксида хрома. Мы снабдили установку озонаторами, которые позволяют вырабатывать озон с концентрацией свыше 200 мг/л. У зарубежных аналогов — максимум 100 мг/л. Концентрированный озон и управление дисперсностью газовой фазы при высокой температуре жидкой фазы обеспечивают преимущество», — рассказывает Игорь Вторушин.
Практическое применение
В ТРИНИТИ построили экспериментальный стенд для отработки режимов дезактивации озоном высокой концентрации и транспортируемый модульный стенд для дезактивации трубного оборудования АЭС. «Сейчас разработка на стадии модельных экспериментов — с элементами, имеющими габариты настоящего оборудования. Испытания на реальном объекте планируются в этом году», — говорит Александр Ермаков.
Полноценные натурные испытания пройдут в Северске, на парогенераторах в Опытно-демонстрационном центре вывода из эксплуатации уранграфитовых реакторов. Туда отправят модульный стенд. Параллельно готовят еще одну площадку — на радиохимическом заводе «Маяка» в Озерске. «Технологию решили использовать для дезактивации демонтированного разборного оборудования из коррозионно-стойких хромсодержащих сплавов и сталей, — рассказывает начальник группы испытательной лаборатории ЦЗЛ «Маяка» Наталья Кузнецова. — Специалисты ТРИНИТИ оценивают затраты на модернизацию участка дезактивации радиохимического завода с учетом внедрения инновационной технологии. По результатам будет принято решение о проведении работ».
По словам Игоря Вторушина, в случае успеха стендовых испытаний опытное оборудование для дезактивации озоном высокой концентрации появится на предприятиях «Росатома» к 2025 году.