Atomic-Energy.ru

Кондиционирование отработавших источников ионизирующего излучения

19 ноября 2008
Установка кондиционирования ИИИ Москит-Т

Основная доля активности РАО, поступающих на специализированные комбинаты «Радон», содержится в отработавших источниках ионизирующего излучения (ИИИ). Упростить решение вопросов их безопасной изоляции может включение ИИИ в металлическую матрицу.

Повышение надежности хранилищ

Отработавшие источники ионизирующего излучения, содержащие радионуклиды с периодом полураспада менее 30 лет, в Российской Федерации и странах СНГ, как правило, размещены в типовом подземном сооружении. Такое хранилище представляет собой железобетонный колодец, где находится приемный резервуар из нержавеющей стали. Он соединен с поверхностью загрузочным каналом (трубой), который оканчивается оголовком с приемной (разгрузочной) воронкой. Пространство между внешними стенками канала и резервуара и стенками колодца заполнено бетоном. Отработавшие ИИИ сбрасывают в резервуар непосредственно из транспортных контейнеров через разгрузочную воронку.

За годы эксплуатации выявлен ряд недостатков, связанных с особенностями конструкции типовых хранилищ и условиями их использования. Так, источники скапливаются в донной части приемного резервуара, что приводит к локальным тепловым и радиационным нагрузкам на конструкционные элементы сооружения. Кроме того, зафиксированы случаи попадания в резервуар воды (из-за накопления конденсата или разгерметизации хранилища). При высокой мощности дозы гамма-излучения (более 100 Зв/с) происходит интенсивный радиолиз воды, который приводит к образованию взрывоопасного газа водорода и интенсификации коррозионных процессов, разрушающих как стенки резервуара, так и оболочки ИИИ.

Кроме того, проектная предельная суммарная активность отходов в хранилище не должна превышать 1,2ґ1015 Бк (3,3ґ104 Ки) по 60Со. Эта величина достигается намного раньше, чем исчерпывается объем приемного резервуара сооружения.

Для повышения безопасности хранения отработавших ИИИ на ГУП МосНПО «Радон» разработана технология их кондиционирования — включения в металлическую матрицу.

Кондиционированию обязательно предшествует обследование хранилища, которое позволяет определить: актив-ность ИИИ; размеры резервуара, степень его заполнения источниками, температуру, наличие и уровень воды; мощность дозы на оголовке хранилища и в резервуаре; загрязненность воды и загрузочного канала радионуклидами; наличие водорода в газовой фазе.

В комплекс технических средств входит также видеоконтрольное устройство, способное работать в радиационных полях с мощностью дозы до 500 Зв/ч. Оно позволяет обследовать состояние поверхностей приемного резервуара и загрузочного канала хранилища, а также находящихся в них ИИИ.

Процесс включения в матрицу осуществляют непосредственно в емкости приемного резервуара, куда по специальному металлопроводу последовательно вливают порции жидкого свинца и его сплавов. После кристаллизации расплава проводят видеосъемку внутренней поверхности резервуара, по результатам которой процесс кондиционирования может быть скорректирован.

Кондиционирование проводят по мере накопления ИИИ в конкретном сооружении. После включения отработавших источников в металлическую матрицу хранилище готово к приему следующей порции ИИИ.

Применение этого способа позволяет надежно изолировать отходы от окружающей среды и увеличить емкость хранилища до 6,3ґ1015 Бк (1,7ґ105 Ки).

Технологию включения отработавших источников в металлическую матрицу на ГУП МосНПО «Радон» используют уже около 20 лет. Для ее реализации специалисты предприятия создали ряд передвижных и модульных установок, например, «Москит-1А» и «Москит-Т» (разработаны и внедрены в начале 90-х годов), иммобилизационный модульный комплекс МИК-1 (внедрен в производство в 2005 году).

За время эксплуатации установок кондиционированы, путем включения в металлическую матрицу, отработавшие ИИИ суммарной активностью свыше 106 Ки.

Наличие материально-технической базы и квалифицированных специалистов позволяет предприятию проводить работы по обследованию хранилищ и кондиционированию отработавших ИИИ не только на собственной площадке, но и оказывать помощь другим российским спецкомбинатам системы «Радон» и аналогичным зарубежным организациям. Так, за последние годы специалисты московского «Радона» участвовали в работах по обследованию хранилищ и кондиционированию отработавших ИИИ на Башкирском и Свердловском СК «Радон», Нововоронежской АЭС, а также на специализированных предприятиях Беларуси, Украины и Болгарии.

Капсулирование ИИИ с долгоживущими радионуклидами

Отработавшие ИИИ, содержащие долгоживущие a-излучающие радионуклиды, в настоящее время хранятся в неунифицированных упаковках различного типа, не предназначенных для долговременной (десятки и сотни лет) изоляции РАО. На большинстве региональных спецкомбинатов такие источники находятся в емкостях для хранения ТРО, на ГУП МосНПО «Радон» — в разнообразных транспортных контейнерах в специальном инженерном сооружении. Этот способ хранения нельзя считать достаточно надежным. Уплотнительные материалы контейнеров, уменьшающие воздействие на источники внешних факторов, со временем приходят в негодность — значит, с каждым годом возрастает риск нарушения целостности оболочек источников и попадания радиоактивных веществ в окружающую среду. Кроме того, изотоп 226Ra (наиболее распространенный a-излучатель, использующийся в ИИИ) при распаде приводит к образованию газообразного изотопа радона, 222Rn, скопление которого в местах хранения источников увеличивает риск внутреннего облучения персонала, работающего поблизости. А необходимый периодический контроль целостности транспортных контейнеров и оболочек ИИИ требует больших трудозатрат и может повлечь повышенное облучение работников.

Герметичная металлическая капсула для ИИИ с долгоживущими a-излучателями

На ГУП МосНПО «Радон» за последние годы разработан способ кондиционирования таких источников путем помещения их в герметичную металлическую капсулу.

Поскольку значительная часть a-излучающих источников представляют собой мелкие изделия (трубки, иглы), для них был создан унифицированный контейнер небольших размеров с двойными стенками из свинца и его сплавов. Предварительные расчеты и оценки радиационных полей позволили установить пределы активности источников, размещаемых в таком контейнере, — 1 Ки для радиевых источников и до 10 Ки для ИИИ, содержащих другие a-излучающие материалы. В качестве барьера, отделяющего источники и продукты распада a-излучателей от окружающей среды, была выбрана свинцовая матрица.

Технологический процесс кондиционирования включает ряд последовательных операций. Создают контейнер, непосредственно в его корпусе отливают свинцовую матрицу, затем во внутреннюю полость контейнера перегружают источники. Для герметизации между внутренней крышкой и корпусом контейнера размещают свинцовый вкладыш, далее закрывают крышкой и нагревают в специальном устройстве для плавления вкладыша. После этого контейнер помещают в промежуточную упаковку особого вида, которая размещается в сертифицированном контейнере типа НЗК-150-1,5П, предназначенном для размещения кондиционированных форм РАО в хранилище.

Конструкция контейнера для кондиционирования позволяет, в случае необходимости, его открыть и извлечь находящиеся внутри ИИИ.

Большинство технологических операций производится дистанционно — с использованием специальных манипуляторов, телевизионной системы и защитного экрана.

Реализация этой схемы позволит провести окончательную инвентаризацию и учет находящихся на хранении отработавших ИИИ, содержащих долгоживущие радионуклиды, надежно изолировать их от окружающей среды, а также обеспечить контролируемое безопасное хранение в течение длительного времени (более 1000 лет).

Общая схема кондиционирования ИИИ

Данный способ и контейнер для кондиционирования отработавших ИИИ защищены патентом Российской Федерации.

В настоящее время на ГУП МосНПО «Радон» изготовлен экспериментальный стенд, проведены его испытания и отработка основных операций процесса кондиционирования источников. По результатам испытаний разработан технический проект опытно-промышленной установки. Ее предполагается использовать не только для кондиционирования данного вида отходов, но и для обследования «потерянных» источников, которые периодически поступают на предприятие. Конструкция установки и ее техническое оснащение позволят проводить осмотр и идентификацию ИИИ по виду радионуклида и его активности.

В перспективе планируется распространить указанную технологию на региональные спецкомбинаты системы «Радон». При этом особое значение имеет их целевое обследование для определения количества, типа и состояния хранения отработавших ИИИ, содержащих долгоживущие a-излучатели.

Кроме того, проведены предварительные исследования по оценке возможности включения в металлическую матрицу отработавших топливных элементов для безопасного транспортирования и долговременного хранения. Предполагается, что низкотемпературные сплавы можно будет использовать многократно. Герметичные ТВЭЛы их не загрязнят, а в случае кондиционирования дефектных расплав можно будет очистить от большей части радионуклидов. 


Источники ионизирующего излучения (ИИИ) используются в радиоизотопных излучателях различного назначения, генераторах тепловой и электрической энергии, дефектоскопах, аналитических и контрольно-измерительных приборах и т.д.
ИИИ подразделяются на открытые и закрытые, конструкция которых предотвращает контакт радиоактивного материала с окружающей средой. После отработки ресурса или в случае разгерметизации источников, когда их переработка невозможна или нецелесообразна, ИИИ направляют на спецкомбинаты «Радон» для длительного хранения.
Отработавшие ИИИ — отдельный класс очень опасных радиоактивных отходов. Они высокоактивны и содержат практически все радионуклиды, используемые в источниках ионизирующих излучений. Кроме того, в матрице источника накапливаются дочерние продукты распада изотопов.