СПОСОБ УЛАВЛИВАНИЯ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ЛЕТУЧИХ ФОРМ РАДИОАКТИВНОГО ЙОДА ИЗ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЫБРОСОВ
METHOD OF TRAPPING AND LOCALISING VOLATILE FORMS OF RADIOACTIVE IODINE FROM GAS EMISSIONS

Изобретение относится к атомной энергетике и экологии. Оно направлено на предупреждение возможных загрязнений окружающей среды и отравления населения радиоактивными веществами.
При авариях на ядерно-энергетических установках (ЯЭУ), сопровождающихся нарушением целостности защитной оболочки и самого реактора, в окружающее воздушное пространство происходит выброс газообразной фазы, содержащей воздух, пары воды, водорода и летучих продуктов деления.
s
7
Основными летучими продуктами деления ядерного горючего являются благородные газы, йод, цезий и йод в виде соединения CI. Особую опасность представляет долгоживущий йод-129 с периодом полураспада 1,5·10 лет. Такие выбросы создают экологические катастрофы глобального масштаба (аварии на АЭС в гг. Чернобыль, Фукусима). Общая площадь радиационного загрязнения на Украине в результате катастрофы составляет 50 тысяч квадратных километров в 12 областях.
Известен способ улавливания летучих форм радиоактивного йода и сорбционный материал для улавливания радиоактивного иода (патент RU №2174722, от 05.07.1999). Способ осуществляется путем пропускания газового потока через сорбционный материал на углеродной или неорганической основе, пропитанный комплексным соединением йодидциклоамина двухвалентного металла.
К недостаткам данного способа относится необходимость локализации радиоактивного потока и пропускание его через фильтрующие устройства, что при аварийных ситуациях крайне затруднительно, учитывая быстротечность аварии и большие объемы выбросов.
Известен способ кондиционирования радиоактивного йода, в частности йода-129, с использованием апатита в качестве удерживающей матрицы (патент RU №2160993 от 06.11.1995). Способ осуществляется путем пропускания газового потока, содержащего йод-129, через композиционные твердые материалы, изготовленные на основе апатита и гидроксиапатита с целью улавливания йода-129.
Недостатками данного способа является то, что газовый поток необходимо уловить и пропускать через фильтры из данного сорбента, сложность приготовления многокомпозиционного сорбента, высокая стоимость, стационарность конструкции.
Известен способ улавливания радионуклидов из газовой фазы (патент RU №2084027 от 16.09.1993).
Способ заключается в том, что в газовую фазу вводят смесь аммиака, галогеноводорода и сернистого газа в мольном отношении 1,1:1,0:0,05, при этом объемное отношение смеси этих газов к газовой фазе составляет 1:120 - 1:80. В загрязненной газовой фазе образуется осадок галогенида аммония и сульфита аммония, который захватывает радионуклиды из газовой фазы, преимущественно цезий и йод.
Недостатком данного процесса являются многостадийность, длительность и необходимость улавливания загрязненного сорбента в фильтрующих устройствах.
Известен способ осаждения вредных аэрозолей - патент RU №2231146, который принят за прототип.
Способ осуществляется следующим образом. Образуют аэрозольное облако реагента, включая генерацию аэрозоля реагента и электрическую зарядку аэрозоля реагента, формируют несущий поток заряженного аэрозоля реагента и направляют его с возможностью образования облака заряженного реагента, накрывающего перемещающийся объем вредных аэрозолей, с электростатическим осаждением вредных аэрозолей.
Недостатки способа:
- нет вещественного состава аэрозольного облака;
- способ технически сложно осуществим;
- требуется сложное аппаратурное обеспечение (СВЧ-генераторы и др.) и большой объем оборудования;
- стационарность конструкции;
- высокая стоимость работ.
Задача предлагаемого способа - защита окружающей среды от возможных радиоактивных выбросов путем улавливания и локализации их летучих форм.
Поставленная задача достигается тем, что улавливание и локализация летучих форм радиоактивного йода из газообразных выбросов производится ультрадисперсным сорбентом, поглощающим йод. Ультрадисперсный сорбент представляет собой частицы технического углерода, образующиеся непосредственно в очаге газового выброса путем сжигания органических материалов, дающих коптящее пламя. Полученный радиоактивный сорбент осаждается и локализуется на прилегающей к очагу аварии территории путем орошения газового выброса мелко распыленной водой.
На фиг.1 показана схема установки для нанесения технического углерода на подложку - путанку из измельченной алюминиевой фольги.
На фиг.2 показана схема установки для сорбции фиолетовых паров йода техническим углеродом, нанесенным на измельченную фольгу из алюминия.
В Таблице отражены результаты опытов определения количества йода, сорбированного техническим углеродом.
Установка для нанесения технического углерода на подложку из измельченной алюминиевой фольги (Фиг.1) содержит стакан 1, выполненный из термостойкого стекла, подложку 2 из измельченной фольги алюминия, укрепленной в стакане проволочной подвеской 3, и кусочков из подожженной резины 4.
Последовательность проведения операций по нанесению технического углерода на подложку из алюминиевой фольги
1. Куски резины из автомобильной камеры весом 20 г поджигаются и опускаются на дно стакана 1.
2. Подложку из алюминиевой фольги весом 2-3 г на проволочной подвеске 3 опускают в стакан, наполненный клубами черного дыма - частицами технического (ТУ) углерода.
Через 1-2 минуты подложку из алюминиевой фольги, покрытую слоем ТУ, извлекают из стакана 1, охлаждают и взвешивают. По разности весов подложки после нанесения ТУ и до нанесения определяют вес ТУ, находящегося на подложке.
Установка для определения количества йода, сорбированного техническим углеродом (Фиг.2), содержит сосуд 5, выполненный из термостойкого стекла, подложку 6 из измельченной алюминиевой фольги с нанесенным слоем технического углерода, расположенную на проволочной подвеске 7, и навески йода 8, расположенной на дне сосуда 5.
Последовательность проведения операций по определению количества йода, сорбированного ТУ
1. Навеску кристаллического йода 2-3 г помещают в стакан 5.
2. Стакан помещают на нагреватель 9.
3. Навеску йода нагревают до температуры интенсивной сублимации - температуру йода контролируют термопарой 10.
4. После заполнения стакана 5 фиолетовыми парами йода в стакан на проволочной подвеске 7 опускают подложку 6 из измельченной алюминиевой фольги с нанесенным слоем технического углерода.
5. После одной минуты выдержки подложку 6 вынимают из стакана, охлаждают и взвешивают. По разности весов подложки после сорбции йода на технический углерод и до сорбции определяется количество йода, сорбированное техническим углеродом. Результаты опытов сведены в Таблицу.
3
2
2
Технический углерод (ТУ) - сажа - высокодисперсный продукт термического или термоокислительного разложения углеводородов содержится в природе и промышленных газах, нефтяных и каменноугольных маслах. Плотность 1,76-1,95 г/см. Состоит главным образом из углерода (не менее 90%), содержит до 5% хемосорбированного O, до 0,8% - H, до 1,1% - S и до 0,45% - минеральных примесей. За исключением кислорода примеси равномерно распределены в объеме частиц ТУ. Кислород находится преимущественно на поверхности частиц, входя в состав функциональных групп (COOH, C=O и т.д.), связанных с углеродным скелетом сажи.
Дисперсные единицы ТУ первичные агрегаты - гроздевые образования сферических частиц представляют собой единую «параграфитовую структуру», включающую углеродные полимерные соли различной степени упорядоченности (от двухмерных полицикличных образований до относительно крупных графитоподобных кристаллитов).
2
8
3
Основные характеристики ТУ, определяемые качеством сырья и способом получения: средний диаметр частиц 40-50 нм; удельная адсорбционная поверхность до 1000 м/г, число частиц до 10 частиц/см.
Твердые частицы ТУ за счет своей ультрадисперсности обладают колоссальной сорбирующей способностью (Химическая энциклопедия, т. 4, М. 1995, с.1114-1115).
Реализация изобретения
В нижнюю отметку очага аварии с помощью летательных аппаратов, кранов, роботов и др. средств дистанционно вводят источники ТУ - горящие отработанные резино-технические изделия, например шины, емкости с горящим мазутом, гудроном и др. Образующийся черный дым - частицы ТУ - входят в контакт с газовым шлейфом выброса, при этом частицы ТУ, обладая высокой удельной сорбирующей способностью, сорбируют радионуклиды, в частности йод, и сами становятся радиоактивными.
Для осаждения частиц радиоактивного ТУ шлейф выброса орошается мелко распыленной водой, желательно холодной.
За счет воды температура и объем газов шлейфа снижаются, частицы ТУ, смоченные водой, утяжеляются и осаждаются на территории, прилегающей к очагу аварии. Происходит процесс, подобный грязевым дождям в природе.
Преимущества предлагаемого способа - сорбент - мелкодисперсные частицы ТУ вводятся непосредственно в объем газового выброса простым способом, не требующим сложного оборудования. Для проведения улавливания и локализации радионуклидов не требуются фильтры, а используемые материалы доступны, с низкой себестоимостью.
В Таблице отражены результаты опытов по сорбции йода на ТУ.
Принятые обозначения:
1
G=вес подложки до нанесения ТУ, г;
2
G=вес подложки с нанесенным ТУ, г;
3
2
1
G=(G-G) - вес нанесенного на подложку ТУ, г;
4
G=вес подложки с ТУ и сорбированным йодом, г.;
5
4
2
G=(G-G) - вес поглощенного йода ТУ, г;
6
5
3
G=G/G - удельная емкость ТУ по йоду, г/г.
Таблица
№ опыта
G<sub>1</sub>
G<sub>2</sub>
G<sub>3</sub>
G<sub>4</sub>
G<sub>5</sub>
G<sub>6</sub>
1
2,8252
2,8299
0,0047
2,8864
0,0565
12,0
2
1,6400
1,6425
0,0025
1,6716
0,0291
11,6
3
3,4422
3,4480
0,0058
3,5215
0,0735
12,7
Среднее значение сорбционной емкости ТУ по йоду 12,1 г/г.
Полученные результаты указывают на то, что сорбция йода на ТУ проходит успешно.