Ультразвуковая дезактивация чехлов для ОЯТ

Для очистки чехлов для размещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) создана и испытана в натурных условиях установка ультразвуковой дезактивации, использование которой в десятки раз снижает объемы РАО и общую стоимость обращения с ОЯТ.

Современная атомная энергетика является стабилизирующей основой всего национального энергетического комплекса России. Однако накопление отработавшего топлива и отсутствие окончательного удаления радиоактивных отходов являются серьезным тормозом развития отрасли, и именно это подвергается сегодня основной критике со стороны ее противников.

В нашей стране накоплено около 15 тыс. т ОЯТ. Большую проблему представляют десятки корабельных ядерных энергетических установок, требующих разделки и утилизации по мере вывода из эксплуатации. Одним из примеров такого положения дел является территория пункта временного хранения в губе Андреева, где в результате деятельности военно-морского флота скопилось значительное количество отработавшего топлива и твердых радиоактивных ­отходов.

ТРО в губе Андреева включают металлические изделия различных типоразмеров:

• крупногабаритные металлические толстостенные ТРО, хранящиеся как на открытых площадках, так и в заглубленных хранилищах;
• тонкостенные металлические отходы;
• чехлы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), хранящиеся на открытых площадках навалом и в контейнерах в заглубленных хранилищах;
• цепи для подвесок чехлов с ОТВС в бассейнах выдержки;
• подъемно-транспортные цепи и т.д.

Дезактивация таких отходов на месте позволит направлять чистые и «условно чистые» металлические изделия, в том числе и из нержавеющей стали, на переплавку на специализированные предприятия и уменьшить объем РАО, подлежащих кондиционированию и долговременному хранению.

Опытная установка дезактивации

Для дезактивации чехлов для размещения ОТВС в губе Андреева опробована установка ультразвуковой дезактивации, ранее испытанная на искусственно загрязненных металлических отходах на ГУП МосНПО «Радон». Установка была размещена в отдельном отапливаемом помещении филиала №1 ФГУП «СевРАО».

Установка (рис. 1) состоит из следующих основных элементов:

• ультразвуковая ванна;
• бак для воды;
• бак подготовки раствора;
• насос Н-1;
• насос Н-2;
• шкаф управления с ультразвуковым генератором.

В ходе испытаний в губе Андреева было дезактивировано около 10 м³ металлических РАО. Коэффициент сокращения объема отходов после дезактивации и последующего кондиционирования вторичных РАО – 35.

Испытания установки проводили на фрагментах чехлов для размещения ОТВС из нержавеющей стали типов 22М и ЧТ-4, разделенных на три фрагмента и имеющих Sb-загрязнение от нескольких сотен до 18 тыс. частиц/см²*мин.

Вид фрагментов чехлов до дезактивации

Вид фрагментов чехлов после дезактивации

Результаты дезактивации фрагментов чехлов в различных дезактивирующих растворах представлены в таблице 1.

Таблица 1. Результаты дезактивации фрагментов чехлов

Как видно, на одном из нескольких опробованных составов показана принципиальная возможность дезактивации фрагментов чехлов для размещения ОТВС до фоновых значений.

В процессе испытаний опытную установку дооборудовали узлами очистки промывной воды, кондиционирования отработавшего дезактивирующего раствора и сдувки газовых выделений. Основными элементами узла очистки являются мембранный фильтр и фильтр-контейнер, заполненный селективными сорбентами МДМ и «Термоксид-35», узла кондиционирования – 200-литровая бочка с одноразовой мешалкой для приготовления цементного компаунда на основе отработавшего дезактивирующего раствора. По результатам радиационного контроля дезактивированные отходы разделяли на три потока:

• неограниченного использования;
• ограниченного использования;
• радиоактивные отходы.

Сбор и хранение указанных типов отходов проводят раздельно.

Все вторичные РАО, полученные при дезактивации, подлежат кондиционированию. Отработавший дезактивирующий раствор включают в цемент; промывную воду очищают в фильтре-контейнере, при этом радионуклиды концентрируются в сорбенте. Кондиционированные вторичные отходы отправляют на долговременное хранение в специальной упаковке.

По результатам испытаний разработан проект промышленной установки для дезактивации металлических радиоактивных отходов с использованием ­ультразвука.

Расчет себестоимости очистки

Проведем расчет стоимости дезактивации по прямым затратам.

Допустим, необходимо очистить 1000 фрагментов чехлов общей массой около 25 т, максимальная мощность дозы γ-излучения на расстоянии 1 м от которых составляет 100 мкР/ч.

При производительности установки два чехла (50 кг) в час время переработки составит 500 часов. Средняя электрическая мощность установки – 10 кВт; стоимость 1 кВт*ч – 2 рубля.

Объемная активность отработавшего раствора после дезактивации одного фрагмента – 4,3 E+2 Бк/л по ¹³⁷Cs и 1,0 E+4 Бк/л по ⁹⁰Sr, 1000 фрагментов – 4,3 E+5 и 1,0 E+7 соответственно.  При этом, как показывают расчет, мощность дозы γ-излучения от 200-литрового бака с раствором на расстоянии 1 м составит 70-80 мкР/час.

Предположим, что 10% активности переходит в промывную воду. Тогда в результате дезактивации 1000 фрагментов активность промывной воды будет равняться 1,0 E+7*200 л*10% = 2,0 Е+8. Для очистки воды такой активности достаточно одного фильтра-контейнера ФК-1.

200 л отработавшего раствора необходимо включить в цементный компаунд. При цементировании таких ЖРО соотношение «раствор – цемент» составляет 0,6. В одну 200-литровую бочку необходимо залить 100 л раствора и засыпать, перемешивая, 4 мешка цемента по 50 кг каждый. То есть при дезактивации 1000 фрагментов чехлов образуется две 200-литровых бочки с цементным компаундом на основе отработавшего дезактивирующего раствора.

Общий объем вторичных РАО, направляемых на хранение, в итоге составит 0,7 м³.

Расчет себестоимости переработки 1000 фрагментов чехлов для размещения ОТВС представлен в ­таблице 2.

Таблица 2. Расчет себестоимости переработки чехлов для размещения ОТВС (1000 фрагментов или 25 т металла)

Таким образом, себестоимость переработки 1 кг радиоактивно загрязненных металлических отходов составит 11,8 рублей, что значительно меньше стоимости нержавеющей стали в пунктах приема вторсырья.

Это лишь оценочный расчет, однако, он показывает, что дезактивация чехлов для размещения ОТВС с помощью ультразвуковой установки является рентабельной. При этом следует учесть, что при использовании этой технологии объем кондиционированных РАО уменьшается более чем в 30 раз – следовательно, многократно сокращаются расходы на последующее долговременное хранение, которое, как правило, еще более затратное, чем переработка.

Авторы