СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ
DECONTAMINATION METHOD

Изобретение относится к охране окружающей среды, а точнее к удалению радиоактивных загрязнений с поверхностей оборудования, находившегося в контакте с радиоактивными средами.
Известны способы дезактивации конструкционных материалов путем воздействия на них растворами химических реагентов и промывкой [1]. К недостаткам подобных способов относится то, что дезактивирующие растворы после дезактивации становятся радиоактивными и должны в последующем подвергаться многостадийной переработке как радиоактивные отходы (РАО), чтобы в конечном итоге перевести их в твердое и стойкое к внешним воздействиям состояние - упаковка отходов в матрицу, обеспечивающую их длительное безопасное хранение.
Известен способ дезактивации [2], при котором дезактивация оборудования от поверхностных радиоактивных загрязнений производится путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через водную глинистую суспензию. Возникающие в суспензии под действием ультразвука кавитапионные явления вырывают частицы дезактивируемой поверхности, перенося их в раствор; отработанный раствор, вобравший в себя удаленные с поверхности оборудования радиоактивные загрязнения, подсушивают, формуют, термообрабатывают, переводя в керамическую матрицу.
К недостаткам этого способа следует отнести то, что для перевода глинистой суспензии в состояние твердой керамики требуется специальное и сложное оборудование, так как дело приходится иметь с высокоактивным дезактивирующим раствором, а высокая температура термообработки (более 1000°С) требует больших затрат энергии.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а также повышение эффективности дезактивации и создание более прочной матрицы для радиоактивных элементов, отправляемых на длительное хранение.
Эта цель достигается тем, что в глинистую суспензию, содержащую и абразивный компонент, непосредственно перед дезактивацией добавляют фосфорную кислоту, полученную смесь используют как дезактивирующий раствор при ультразвуковой дезактивации, после дезактивации отработанный раствор сливают в емкость для хранения, где он отверждается, при этом количество вводимой фосфорной кислоты берут с учетом как количества оксидов алюминия, содержащихся в суспензии, так и оксидов, которые переходят в раствор с дезактивируемой поверхности.
Фосфорная кислота, добавляемая в суспензию непосредственно перед дезактивацией, выполняет две основные функции. Во-первых, она вступает в реакцию с оксидом алюминия, образуя алюминиево-фосфатную керамику, например, по уравнению
2
3
3
4
4
2
АlO+2НРO→2АlРO+3HO.
При температурах ниже 100°С эта реакция течет очень медленно, поэтому находящаяся в суспензии в свободном состоянии фосфорная кислота в процессе дезактивации выполняет вторую функцию - растворяет оксидные отложения на дезактивируемой поверхности, что повышает эффективность и скорость дезактивации особенно под воздействием ультразвука, т.к. ультразвук является сильным катализатором. Кроме того, выделяющаяся в процессе реакции вода компенсирует ее испарение из суспензии во время дезактивации, т.е. предохраняет суспензию от преждевременного загустевания.
При облучении суспензии ультразвуком в процессе дезактивации получаемая из нее в последующем керамическая матрица становится значительно прочнее, чем фосфатная керамика, полученная из той же суспензии, но не подвергавшейся облучению. Проведенные исследования показали, что если предел прочности на сжатие у фосфатной керамики из необлученной суспензии составлял 20-25 мПа, то из облученной - 75-80 мПа.
На чертеже представлена одна из возможных схем устройства для реализации предложенного способа дезактивации.
Устройство содержит емкость-сборник дезактивирующей жидкости 1, насос для подачи дезактивирующей жидкости 2, подвижную локальную ванну дезактивации 3 с ультразвуковым излучателем 4, генератор электрических колебаний 5, емкость для отверждения и хранения РАО 6.
Дезактивация производится следующим образом. В емкость 1 заливается водная глинистая суспензия, одним из компонентов которой является фосфорная кислота. При помощи насоса 2 суспензия подается во внутреннюю полость локальной ванны 3, в которой расположена излучающая поверхность ультразвукового излучателя 4. Локальная ванна прижата к дезактивируемой поверхности 7 и может перемещаться по ней при помощи специального механизма (не показан). При включении в работу ультразвукового генератора 5 излучатель 4 начинает излучать ультразвуковые колебания в глинистую суспензию, заполняющую пространство между излучающей поверхностью излучателя и дезактивируемой поверхностью. Под воздействием кавитации, а также акустических течений, возникающих в суспензии, благодаря абразивному воздействию, а также химическому воздействию, вследствие наличия в суспензии фосфорной кислоты, радиоактивные отложения удаляются с поверхности 7 и переходят в суспензию. Механизм перемещения постепенно перемещает локальную ванну по поверхности 7, производя ее дезактивацию. Излишки суспензии из локальной ванны сливаются в емкость 1. Суспензия может использоваться многократно. Отработанный дезактивирующий раствор сливается в емкость 6, где отверждается, например, путем перемешивания при температуре 140-200° [3], а затем отправляется на длительное хранение.
При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого способа, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Изобретательский уровень".
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "новизна".
Возможность использования заявляемого изобретения в отечественной промышленности позволяет сделать вывод о его соответствию критерию «промышленная применимость».
По предлагаемому способу путем воздействия ультразвука на дезактивируемую поверхность через дезактивирующий раствор, представляющий собой суспензию глины в воде с добавлением фосфорной кислоты, достигается повышение эффективности дезактивации и возможность перевода дезактивирующего раствора в алюминиево-фосфатаую керамику, а количество вводимой в суспензию фосфорной кислоты берется с учетом как количества оксидов алюминия, содержащихся в суспензии, так и оксидов, которые переходят в раствор с дезактивируемой поверхности.
Источники информации
1. Патент № 2245587 RU.
2. Патент № 2328785 RU.
3. Патент № 2318260 RU.