«Росатом» будет дезактивировать загрязненное оборудование в озоновых ваннах

Специалисты ТВЭЛ и ТРИНИТИ разработали технологию дезактивации металлических элементов радиационно загрязненного оборудования, выведенного из эксплуатации. Она гораздо эффективнее зарубежных аналогов, а главное — позволяет кратно сократить длительность очистки и вторичные жидкие РАО.

Полезная «шипучка»

Оборудование АЭС из корро­зионно-стойких сталей обыч­но дезактивируют химиче­скими методами. Элементы, требующие снятия остаточ­ной радиоактивности (она, как правило, накапливает­ся в тонком оксидном слое на поверхностях), долго от­мывают специальными рас­творами: перманганата калия в щелочи, затем кислотным. Процесс продолжительный, шесть — восемь часов, и за­тратный, к тому же приво­дит к образованию большого объема вторичных жидких ра­диоактивных отходов.

Специалисты ТРИНИТИ по заказу ТВЭЛ разработа­ли альтернативный метод. Вместо раствора перманга­ната калия в полости обору­дования или в дезактиваци­онные ванны подается вода, насыщенная пузырьками озона в очень высокой кон­центрации, — этакая «ши­пучка», нагретая до 95 °C. Озон — неагрессивный, эко­логически чистый и сильный окислитель. Очистка вод­но-газовой смесью занима­ет всего 20 минут, рассказы­вает руководитель проекта от ТРИНИТИ Игорь Вторушин. Это обеспечивает не только экономию време­ни и ресурсов, но и безопас­ность персонала: чем бы­стрее процесс очистки, тем меньше дозовая нагрузка.

Минимум отходов

Обильное «купание» радиа­ционно загрязненных изде­лий в дезактивационной ван­не с раствором перманганата калия требует неоднократ­ной замены реагента. Вод­но-озоновая система меня­ет ситуацию в корне. «Озон не вносит в ЖРО никаких дополнительных химиче­ских соединений, в отличие от перманганата калия», — поясняет Игорь Вторушин.

После использования озон­содержащую воду менять не надо, нужно только повы­сить содержание озона — до­бавить «пузырьков». Объем ЖРО даже после трех-четы­рех (в зависимости от сте­пени загрязнения) циклов очистки не меняется.

«Переработка вторичных ЖРО сложная и затратная, — говорит главный эксперт по выводу из эксплуатации ядерно и радиационно опас­ных объектов ТВЭЛ Алек­сандр Ермаков. — Нужны системы для сбора и транс­портировки, установки для переработки и отвержде­ния. Отвержденные продук­ты в специальных контей­нерах после временного хранения передают на пунк­ты захоронения РАО. Вся эта цепочка предполагает и серь­езные технологические уси­лия, и большие финансовые затраты. В нашей технологии мы не используем столько химически опасных реагентов, наш реагент — озон, форма существования кислорода. До и после обработки дета­ли про­мываются раствором щавелевой кис­лоты, но концентрация у нее слабая, реагентов, попада­ющих в ЖРО, меньше в де­сятки раз. В итоге упроща­ется переработка ЖРО, и мы можем отправлять в пунк­ты захоронения значительно меньше отходов. Все это кратно сокращает траты на обращение с РАО».

Повышение температуры

Использование озона не экс­клюзив. Toshiba, например, применяет для дезактива­ции водный раствор озона, рабочая температура раство­рения оксидной пленки — 70 °C. Но растворимость озона падает по мере увели­чения температуры, то есть его концентрация в растворе снижается. А скорость разрыхления оксидной пленки стали и перехода содержащихся в ней радионуклидов в растворенное состояние резко возрастает с повышением температуры.

Ученые ТРИНИТИ сдела­ли значительный шаг впе­ред, взяв озон высокой кон­центрации в газообразном состоянии. Технология по­зволяет поднять температуру среды до 95 °C (в воде при такой температуре озон прак­тически нерастворим). «При температуре, близкой к 95 °C, оксид хрома вступает в ин­тенсивную реакцию не с рас­творенным в воде озоном, а с газообразным, диффундирующим через тонкий слой воды газового пузыря. Чем меньше пузырь и тонь­ше пленка воды, тем быстрее происходит диффузия озона и окисление оксида хрома. Мы снабдили установку озонаторами, которые позволя­ют вырабатывать озон с концентрацией свыше 200 мг/л. У зарубежных аналогов — максимум 100 мг/л. Концентрированный озон и управле­ние дисперсностью газовой фазы при высокой температу­ре жидкой фазы обеспечива­ют преимущество», — расска­зывает Игорь Вторушин.

Практическое применение

В ТРИНИТИ построили экс­периментальный стенд для отработки режимов дезакти­вации озоном высокой кон­центрации и транспортируе­мый модульный стенд для дезактивации трубного оборудования АЭС. «Сейчас раз­работка на стадии модельных экспериментов — с элемен­тами, имеющими габари­ты настоящего оборудова­ния. Испытания на реальном объекте планируются в этом году», — говорит Александр Ермаков.

Полноценные натурные испытания пройдут в Се­верске, на парогенераторах в Опытно-демонстрационном центре вывода из эксплуа­тации уранграфитовых ре­акторов. Туда отправят модульный стенд. Параллельно готовят еще одну площад­ку — на радиохимическом заводе «Маяка» в Озерске. «Технологию решили исполь­зовать для дезактивации де­монтированного разборного оборудования из коррозион­но-стойких хромсодержащих сплавов и сталей, — расска­зывает начальник группы ис­пытательной лаборатории ЦЗЛ «Маяка» Наталья Кузне­цова. — Специалисты ТРИ­НИТИ оценивают затраты на модернизацию участка дезактивации радиохимиче­ского завода с учетом внедре­ния инновационной техно­логии. По результатам будет принято решение о проведении работ».

По словам Игоря Вторуши­на, в случае успеха стендовых испытаний опытное оборудо­вание для дезактивации озо­ном высокой концентрации появится на предприятиях «Росатома» к 2025 году.

ИНТЕГРАЦИЯ УСИЛИЙ

ТВЭЛ — отраслевой интегратор по выводу из эксплуатации ядерно и радиационно опасных объектов и обращению с сопутствующими радиоактивными отходами. Высту­пает инициатором, заказчиком и инвестором НИОКР. В контур интегратора входят 56 организаций. Ключевые направления — дезактивация оборудования, демонтаж и фрагментация, кондиционирование РАО. Разработки проходят апробацию на СХК (Северск), АЭХК (Ангарск), ВНИИНМ (Москва).