Article

13.5. Удаление твердых радиоактивных отложений из контуров и помещений АЭС

В составе АЭС предусматриваются дезактивационные установки непрерывного и периодического действия. Характер их оборудования и технология дезактивации различаются в зависимости от того, имеется ли в виду дезактивация твердых, жидких или газообразных радиоактивных отходов. В процессе дезактивации осуществляется очистка оборудования и помещений от радиоактивных примесей. Как результат этой очистки возникают концентрированные радиоактивные отходы, подлежащие захоронению. Оборудование для собственно дезактивации и для временного хранения на АЭС отвержденных концентрированных радиоактивных отходов сосредоточивают в специальном корпусе. Так как главное оборудование относится к переработке радиоактивных вод, то специальный корпус носит название корпус спецводоочистки.

Реже всего приходится иметь дело с твердыми радиоактивными отходами. "Загрязненные" одежду и обувь, загрязненные вышедшие из строя инструменты и отдельные детали реакторной установки и установок технологического транспорта захоранивают без предварительной обработки. Загрязненные, но

пригодные к использованию инструменты и отдельные детали установок после дезактивации в мойках реакторного зала могут быть использованы повторно, а получившиеся при этом радиоактивные промывочные растворы проходят последующую обработку аналогично другим жидким радиоактивным отходам. Детали реакторной установки, вышедшие из строя и подлежащие захоронению, иногда бывают столь крупными, что перед транспортировкой в могильники их надо предварительно разрезать на более мелкие части. В условиях реакторного зала такая операция трудно осуществима. Поэтому непосредственно у реакторного зала (или даже в его пределах) предусматривают внутреннюю емкость для захоронения, куда можно опускать крупные детали с заливкой их бетоном толщиной слоя, достаточной для биологической защиты. Эти емкости следует развивать главным образом в высоту, учитывая соответствующие возможности реакторного зала и условия захоронения (например, стержней системы управления и защиты), а также экономию площади реакторного зала.

К числу твердых радиоактивных отходов, подлежащих захоронению, относят также фильтры, сорбирующие радиоактивные золи, газы и соединения иода при дезактивации газовоздушных вентилирующих потоков (см. 13.2 и 13,3).

В процессе эксплуатации АЭС приходится иметь дело с твердыми радиоактивными отложениями на оборудовании реакторных и вспомогательных контуров и на поверхностях помещений АЭС. Поэтому возникает необходимость периодического удаления этих отложений, способы удаления этих отложений аналогичны рассмотренной выше обработке загрязненных деталей, то есть удаление радиоактивных отложений с поверхностей предусматривает: воздействие на них дезактивирующих растворов; переход удаленных отложений в дезактивирующий раствор; последующую обработку этих растворов, аналогичную дезактивации жидких радиоактивных отходов (см. 13.7). Дезактивация оборудования требует его останова, но производится без демонтажа, то есть оборудование дезактивируется в сборе.

Периодической дезактивации подвергают также стены и полы производственных помещений реакторной установки, спецводоочистки и др. Активация этих поверхностей может происходить в результате непосредственного соприкосновения с радиоактивным веществом в твердом или жидком состоянии (например, при протечках) и сорбции на поверхности аэрозолей, гидрозолей и газов, содержащих радиоактивные нуклиды. Помещения дезактивируют путем их обмывки, для чего полы настилают с уклонами и трапами. Обмывочные (трапные) воды подлежат последующей переработке как жидкие радиоактивные отходы. Для облегчения дезактивации полы и стены производственных помещений зоны строгого режима

настилают из материалов, мало сорбирующих радиоактивные вещества, легко поддающихся дезактивации и обладающих необходимой температурной и коррозионной стойкостью. Для стен применяют глазированную плитку, эпоксидные и перхлорвиниловые эмали, для полов — сталь, покрытия эпоксидными эмалями или полиэтиленом.

Места соединений стен между собой и полом закругляют, все проводки (освещение, газ и др.) выполняют скрытыми, окна делают без подоконников. Помещения, через которые проходят коммуникации контура теплоносителя, должны иметь надежную гидроизоляцию, исключающую возможность попадания радиоактивных растворов в нижележащие помещения и грунт. Обрабатывают помещения исходной технической водой с использованием гидродинамического воздействия направленной струи, так как удаление отложений с поверхности помещений затруднений не представляет.

Твердые радиоактивные отложения в реакторных и вспомогательных контурах состоят в основном из продуктов коррозии сталей, обычно аустенитных нержавеющих. Отложения могут возникать в отдельных элементах или за счет собственной их коррозии, или за счет привноса теплоносителем и осаждения из него продуктов коррозии предшествующих элементов. Естественно, что такие отложения имеют сродство с основным металлом и потому хорошо с ним сцеплены. Поэтому удаление таких отложений существенно сложнее дезактивации помещений и требует применения специальных растворов и разработки технологии их использования.

В процессе эксплуатации уровень радиоактивности оборудования определяется газовой (кислородной, азотной) радиоактивностью воды. Повышение радиоактивности воды за счет продуктов коррозии, образующихся за пределами активной зоны, но активирующихся при циркуляции через нее во время эксплуатации реакторов, невелико по сравнению с газовой радиоактивностью. Но после останова реактора газовая радиоактивность быстро спадает и доступность оборудования для ремонта или осмотра определяется отложениями на нем радиоактивных продуктов коррозии, а иногда и продуктов деления ядерного горючего.

Поверхности первого контура могут задерживать радиоактивные примеси воды в результате сорбционных процессов, диффузионного проникновения и химических связей. При наличии в воде коррозионных и взвешенных частиц известную роль играет осаждение их в порах, трещинах и углублениях, причем поверхности механических отложений сами способны к последующему сорбционному процессу.

Механически образовавшиеся отложения наиболее легко удаляемы, часто даже простыми водными промывками. Образование таких отложений относительно несложно

предотвратить, конструируя системы первого контура без застойных зон и со скоростями, препятствующими отложению, и прежде всего организацией такого водного режима, при котором продукты коррозии находятся главным образом в растворенном состоянии, соответствующем минимальной коррозии конструкционных материалов.

Труднее всего удалить отложения, закрепившиеся на поверхности в результате сорбционно-диффузионных процессов проникновения радиоактивных примесей в структуру металла контура. Скорость диффузии зависит от природы диффундирующего вещества, температуры и давления среды и других факторов.

При диффузионном проникновении радиоактивных веществ в конструкционный материал для дезактивации неизбежно разрушение и удаление его поверхностного слоя. Чем продолжительнее периоды между дезактивациями, тем существеннее толщина поверхностного слоя, подлежащего удалению. Особенно это относится к удалению оксидов кобальта, поэтому при использовании нержавеющих аустенитных сталей следует стремиться к применению бескобальтового никеля и бескобальтового стеллита. Из-за наличия в отложениях радионуклида кобальта-60, проникающегося в сталь и имеющего большой период полураспада, дезактивация контуров из нержавеющих аустенитных сталей более затруднительна, чем из углеродистых.

Периодические дезактивационные обработки не следует производить слишком редко и лучше пользоваться каждой предоставляющейся возможностью, однако лишь при условии применения дезактивирующих растворов, не оказывающих разрушающего или другого вредного воздействия на конструкционный материал. Например, для нержавеющих аустенитных сталей совершенно недопустимо использовать соляную кислоту, так как при любом, даже максимально полном удалении ее после промывки контура, хлорид-ион способен сорбироваться поверхностью материала с последующим вредным воздействием на коррозию под напряжением для этих сталей.

Периодическая дезактивация оборудования в сборе — это всегда процесс химической очистки оборудования. Ей могут быть подвергнуты вспомогательные реакторные контуры, отдельные петли и весь главный реакторный контур, за исключением активной зоны, удаляемой из реактора на период очистки или отсекаемой задвижками от контура промывки. Необходимая в процессе дезактивации циркуляция среды создается специальными малыми насосами, а для замыкания контура могут быть использованы дренажные линии основных трубопроводов.

Выбор дезактивирующих растворов зависит от состава отложений, подлежащих удалению. Эти растворы должны

быстро и полно смачивать обрабатываемую поверхность, разрушать связь отложений с поверхностью и растворять их по возможности без разрушающего воздействия на конструкционный материал. Дезактивирующие растворы должны предотвращать повторную сорбцию радиоактивных загрязнений и легко и полно удаляться из контуров. Состав растворов зависит от уровня загрязненности оборудования, характеристики конструкционного материала, структуры и химического состава отложений. В настоящее время существует большое разнообразие дезактивирующих растворов. Чаще всего их выбирают экспериментально с лабораторным подбором на образцах.

Ранее наиболее распространена была дезактивация в несколько этапов с попеременным использованием реагентов — окислителей и восстановителей и водной (конденсатной) промывкой после каждого этапа. Однако при этом получается большое количество сбросных вод, подлежащих сбору в баках и последующей переработке. Более перспективны композиции комплексонов с органическими кислотами, так как количество сбросных вод резко сокращается.

В эксплуатации может возникнуть необходимость химической очистки активной зоны реактора. Назначение такой очистки, естественно, не дезактивация, а удаление отложений с поверхности активной зоны во избежание поглощения нейтронов отложениями и возможных разрушений оболочек твэлов в результате чрезмерного повышения температур. При хорошо налаженном водном режиме реакторов необходимость такой очистки не возникает.