ГЕНЕРАТОР ГАЗООБРАЗНОГО РАДИОАКТИВНОГО МЕТИЛИОДИДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ИОДНЫХ ФИЛЬТРОВ
GENERATOR OF GASEOUS RADIOACTIVE METHYL IODIDE FOR TESTING IODIC FILTERS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области обращения с газообразными радиоактивными отходами на атомных электростанциях, а более конкретно к генераторам газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний йодных фильтров, включающим в себя корпус с патрубком подачи воздуха, на котором расположен входной аэрозольный фильтр, с выходным патрубком газообразного радиоактивного метилиодида, при этом корпус включает в себя испаритель жидкого метилиодида, соединенный с подогревателем, и может быть использовано для определения работоспособности иодных фильтров, вводимых в эксплуатацию или эксплуатируемых в системах вентиляции и газоочистки АЭС и других объектов атомной энергетики и промышленности.
В данной работе используются следующие термины:
АЭС - атомная электростанция;
Иодный фильтр - устройство для очистки воздуха (газа) производственных помещений от йода и его соединений, преимущественно на объектах атомной энергетики, а также экологически вредных выбросов химических и других производств.
Иод-131, также называемый далее радиоиодом, - радиоактивный нуклид химического элемента иода с атомным номером 53 и массовым числом 131.
Газообразные радиоактивные отходы (ГРО) - радиоактивные отходы в газообразном и (или) аэрозольном виде
Уровень техники
В странах с атомной энергетикой периодически проводятся испытания установленных на АЭС иодных фильтров «на месте» с тем, чтобы подтвердить возможность их дальнейшей эксплуатации или необходимость замены в них сорбентов, которые снизили или утратили свою сорбционную способность. В качестве тестового агента при таких испытаниях применяют радиоактивный метилиодид. Такое соединение радиоиода присутствует в газообразных радиоактивных отходах АЭС и, как общепризнано, является наиболее трудно улавливаемой формой радиоиода.
3
131
Для проведения испытаний применяется метилиодид, меченный изотопом йод-131 (CH I), предварительно полученный и поставляемый изготовителем в жидком состоянии. Необходимо учитывать, что в этом случае существует риск возможного радиоактивного загрязнения воздуха при неосторожном обращении с радиоактивным метилиодидом из-за высокой его летучести.
Настоящее изобретение относится к генераторам газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров, в которых испаряют жидкий метилиодид. Такой генератор, включающий в себя корпус с патрубком подачи воздуха, на котором расположен входной аэрозольный фильтр, с выходным патрубком газообразного радиоактивного метилиодида, при этом корпус включает в себя испаритель жидкого метилиодида, соединенный с подогревателем, описан в автореферате диссертации Обручикова А.В. Разработка методов контроля и прогнозирование работоспособности иодных фильтров для АЭС, опубл. в 2011 году.
Сам генератор, который выполнен в виде испарителя паров метилиодида, изображен в этом источнике на рис. 2, стр. 8 автореферата (см., например, http://tekhnosfera.com/view/366707/a#?paqe=8).
Данный генератор газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбран  прототипом предлагаемого изобретения.
Недостатками этого прототипа являются невысокая безопасность работ и наличие неудобств при эксплуатации. Это связано с тем, что в данном случае исходным сырьем является именно радиоактивный жидкий метилиодид, и его высокая летучесть создает риск возможного радиоактивного загрязнения воздуха при неосторожном обращении с радиоактивным метилиодидом. Это же и создает сложности при эксплуатации.
Кроме того, есть и другие недостатки прототипа, например указанный прототип не может обеспечить оперативное изменение (настройку) режимов работы испарителя.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить генератор газообразного радиоактивного метилиодида, позволяющий обеспечить повышение безопасности работ при повышении удобства эксплуатации, что и является поставленной технической задачей.
Для достижения этой цели генератор включает в себя реактор изотопного обмена со сменной кассетой с газопроницаемым материалом, содержащим радиоактивные иодиды щелочных металлов, вход которого соединен с выходом испарителя жидкого нерадиоактивного метилиодида, а выход реактора соединен с выходным патрубком газообразного радиоактивного метилиодида, при этом вход испарителя соединен с патрубком подачи воздуха. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность получения радиоактивного метилиодида именно в реакторе, что обеспечивает безопасность для пользователей. Можно использовать нерадиоактивные жидкие исходные компоненты, которые легко испаряются, а исходным радиоактивным компонентам в твердом виде легко обеспечить изоляцию.
131
131
Существует также преимущественный вариант изобретения, в котором газопроницаемый материал, содержащий радиоактивные иодиды щелочных металлов, выполнен в виде гранулированного материала, содержащего радиоактивные иодиды NaI или KI. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность обеспечить выгодные условия для протекания реакции изотопного обмена.
131
131
7
8
Существует также преимущественный вариант изобретения, в котором гранулированный материал, содержащий радиоактивные иодиды NaI или KI с активностью 10-10 Бк, имеет неразвитую поверхность и фракционный состав от 0,2 мм до 0,8 мм. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность максимально оптимизировать условия для протекания реакции изотопного обмена, полученные расчетным и экспериментальным путем.
Существует также вариант изобретения, в котором испаритель жидкого метилиодида выполнен в виде барботера с жидким нерадиоактивным метилиодидом, вход которого соединен через перистальтический насос с патрубком подачи воздуха. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность испарять нерадиоактивный жидкий метилиодид путем барботажа и управлять режимом работы испарителя.
Существует еще и такой вариант изобретения, в котором барботер имеет двойные стенки, образующие между собой полость, которая имеет выход, соединенный с реактором через трубопровод подачи воздуха в реактор, имеющий основной электронагреватель, и вход, соединенный с компрессором через трубопровод подачи воздуха в полость барботера, имеющий дополнительный электронагреватель, причем компрессор соединен с патрубком подачи воздуха. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность гибко менять параметры испарения нерадиоактивного жидкого метилиодида. Дополнительно появляются возможности предварительного прогревания реактора.
Существует также еще один возможный вариант изобретения, в котором реактор выполнен в виде теплоизолированного цилиндра, помещенного в свинцовый кожух с крышкой. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность обеспечения необходимой температуры внутри реактора. Дополнительно появляются возможности обеспечения защиты от радиации.
Существует также вариант изобретения, в котором размер кассеты выбран из условия возможности размещения ее в стандартных свинцовых контейнерах, применяемых для поставки препаратов с изотопом йод-131. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность обеспечить удобство эксплуатации предлагаемого генератора, так как становится исключительно удобным перевозить кассету с гранулированным материалом, содержащим радиоактивные иодиды.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения как устройства. Также совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения не следует явным образом из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень» для изобретения.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения явно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемую фиг.1, на которой изображена функциональная схема генератора газообразного радиоактивного метилиодида согласно изобретению.
Согласно фигуре 1 генератор газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров включает в себя корпус с патрубком 1 подачи воздуха, на котором расположен входной аэрозольный фильтр 2, с выходным патрубком 3 газообразного радиоактивного метилиодида. Корпус включает в себя испаритель жидкого метилиодида, соединенный с подогревателем. Корпус на фиг.1 не показан. Он может представлять собой как замкнутый со всех сторон корпус, так и открытую общую платформу, на которой установлены все элементы генератора.
Генератор включает в себя реактор 4 изотопного обмена со сменной кассетой 5 с газопроницаемым материалом 6, содержащим радиоактивные иодиды щелочных металлов. Вход реактора соединен с выходом испарителя жидкого нерадиоактивного метилиодида, а выход реактора соединен с выходным патрубком 3 газообразного радиоактивного метилиодида, при этом вход испарителя соединен с патрубком подачи воздуха.
131
131
Газопроницаемый материал 6, содержащий радиоактивные иодиды щелочных металлов, может быть выполнен в виде гранулированного материала, содержащего радиоактивные иодиды NaI или KI.
131
131
7
8
Гранулированный материал 6, содержащий радиоактивные иодиды NaI или KI с активностью 10-10 Бк, может иметь неразвитую поверхность и фракционный состав от 0,2 мм до 0,8 мм.
Испаритель жидкого метилиодида может быть выполнен в виде барботера 7 с жидким нерадиоактивным метилиодидом 8, вход которого соединен через перистальтический насос 9 с патрубком подачи воздуха 1.
Барботер 7 преимущественно имеет двойные стенки, образующие между собой полость, которая имеет выход, соединенный с реактором 4 через трубопровод подачи воздуха в реактор, имеющий основной электронагреватель 10, и вход, соединенный с компрессором 11 через трубопровод подачи воздуха в полость барботера 7, имеющий дополнительный электронагреватель 12, причем компрессор 11 соединен с патрубком подачи воздуха 1.
Реактор 4 может быть выполнен в виде теплоизолированного цилиндра, помещенного в свинцовый кожух с крышкой 13.
Кассета 5 представляет собой полый стакан с газопроницаемыми донышком и крышкой (металлическая сетка + фильтрующий материал), между которыми засыпан гранулированный носитель, на который в условиях радиохимического производства нанесен радиоактивный йодид металла.
8
Кассета 5 может быть запаяна в полиэтиленовый пакет и помещена в стандартный свинцовый транспортный контейнер, в котором она может быть доставлена на АЭС к месту работы генератора. Активность содержимого кассеты составляет не более 10 Бк. Размер кассеты 5 может быть выбран из условия возможности размещения ее в стандартных свинцовых контейнерах, применяемых для поставки препаратов с изотопом йод-131. Например, это могут быть кассеты диаметром 28 мм и высотой 70 мм.
На фигуре 1 дополнительно изображены:
14 - ротаметры;
15 - эластичные прокладки;
16 - смеситель;
171, 172 - вентили регулировочные;
181, 182, 183, 184 - вентили запорные;
19 - кран трехходовый;
20 - измеритель температуры внутри барботера 7;
21 - измеритель температуры внутри реактора 4;
22 - защитная свинцовая оболочка реактора;
23 - полость реактора 4 с парами нерадиоактивного метилиодида;
24 - полость реактора 4 с горячим воздухом;
25 - полость реактора 4 с парами радиоактивного метилиодида.
Стрелками показано направление движение воздуха и газовоздушной смеси.
Осуществление изобретения.
Генератор газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения, имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
Этап 1. Перед началом работы генератора контейнер открывают, надрезают пакет и с помощью приспособления вынимают кассету 5 из контейнера и помещают в реактор 4, где с помощью специального ключа ее закрепляют и уплотняют, после чего реактор 4 накрывают защитной крышкой 13 и герметизируют реактор с помощью уплотнения 15 на крышке.
Этап 2. В барботер 7 с помощью шприца вводят соответствующее количество нерадиоактивного метилиодида и активируют режим прогрева генератора.
Этап 3. Режим прогрева генератора
Кран 19 переводят в положение «прогрев - продувка», вентиль 181 и вентиль 184 открывают, включают мини-компрессор 11, электронагреватель 10 и, при необходимости, электронагреватель 12, при этом воздух из помещения с расходом W1 порядка 7 л/мин через аэрозольный фильтр 2, в котором он очищается от аэрозольных примесей, подают в нагреватель 12, где, при необходимости, происходит его подогрев, и далее последовательно через внешнюю полость барботера 7, электронагреватель 10, где происходит нагрев воздуха до необходимой температуры, через полость реактора 23, объем реактора, где находится газопроницаемый материал 6, и полость реактора 25 подают на выходной патрубок 3 и сбрасывают в тестируемую вентсистему.
При этом гранулированный носитель в кассете 5 прогревается до нужной температуры (около 150°C). Контроль производят по датчику температуры 21. Реактор при этом теплоизолирован.
Этап 4. Рабочий режим
Кран 19 переводят в положении «работа», вентили 182 и 183 открывают и включают перистальтический насос 9.
При помощи перистальтического насоса 9 воздух из помещения через фильтр аэрозольный 2 с заданным расходом W2 подают в барботер 7, где его насыщают парами метилиодида при температуре около 20°C.
Далее поток W2 разбавляют потоком воздуха W3 через вентиль 172, нагревают в электронагревателе 10 до рабочей температуры (около 150°C) и далее, в виде потока W4, подают в полость 23 реактора.
Далее этот поток смеси воздуха и паров нерадиоактивного метилиодида направляется в кассету 5, где проходит через слой гранулированного носителя радиоактивного иодида щелочного металла, на котором и происходит реакция изотопного обмена, и далее через полость 25, уже в виде смеси воздуха и паров радиоактивного метилиодида, разбавленной потоком воздуха W5 из полости 24, подают на выходной патрубок 3 и далее в воздуховод вентсистемы до испытуемого йодного фильтра.
Потоком воздуха W5, нагретым в основном электронагревателе 10, в полости 24 обдувают кассету 5, поддерживая нужную для реакции изотопного обмена температуру.
Рабочий режим длится около одного часа. За это время испаряется около 2,3 г метилиодида и из кассеты «уносится» в вентсистему около 85% активности в виде смеси паров радиоактивного метилиодида с воздухом.
Этап 5. Режим продувки
Насос 9 выключают, вентили 182 и 183 перекрывают, кран 19 переводят в положение «прогрев - продувка», выключают нагреватель 12. Режим необходим для удаления остатков радиоактивного метилиодида из полостей реактора.
Этап 6. Завершение работы
Электронагреватель 10 отключают, некоторое время продолжая продувку холодным воздухом, после чего выключают компрессор 11 и последовательно перекрывают вентили 184, 172, 171 и 181.
Снимают крышку 13, спецключом освобождают кассету 5, с помощью приспособления извлекают ее из реактора 4 и помещают в транспортный свинцовый контейнер. Крышки контейнера и реактора закрывают.
После выдержки для естественной дезактивации кассету с ее содержимым утилизируют.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности обеспечивать генерацию газообразного радиоактивного метилиодида.
Промышленная применимость
Предлагаемый генератор газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров может быть осуществлен специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением произведены расчеты режимов работы генератора газообразного радиоактивного метилиодида для испытаний иодных фильтров, а также поэлементные испытания генератора.
Расчеты и поэлементные испытания показали, что такое решение обеспечивает возможность:
- транспортировки кассеты в стандартных свинцовых контейнерах, применяемых для поставки препаратов с изотопом йод-131,
- использования в качестве исходного компонента - нерадиоактивного жидкого метилиодида,
- настройки режимов работы генератора,
- регулировки температуры как внутри реактора, нужной для реакции изотопного обмена, так и в барботере.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - повышение безопасности работ генератора газообразного радиоактивного метилиодида при повышении удобства эксплуатации.