Переработка, хранение радиоактивных отходов ядерного топливного цикла

Переработка, хранение радиоактивных отходов ядерного топливного цикла.

Очистка, концентрирование и хранение жидких радиоактивных отходов. Отходы низкого уровня активности  характеризуют­ся относительно большими объемами и ма­лой засоленностью. Для их переработки не применяется дистилляция ввиду ее энер­гоемкости. Основными методами очистки отходов этой группы являются коагуля­ция и ионный обмен. Очищенная от радио­нуклидов и солей вода сбрасывается в ок­ружающую среду или возвращается для повторного использования. Образующийся концентрат радионуклидов в виде пульп или растворов регенератов переходит в ка­тегорию среднеактивных отходов.

Отходы среднего уровня активности как правило, отличаются сравнительно вы­соким солесодержанием [2]. Растворы подвер­гают концентрированию методом упарива­ния, которое обычно проводят в две ступени: дистилляция для очистки основной массы воды и доупаривание для макси­мального сокращения объема концентра­та. Концентраты (кубовые остатки) и пульпы фильтроматериалов поступают на хранение в емкости из нержавеющей стали, конструкция которых предусматривает пе­редачу содержимого в резервные емкости и на установки отверждения. С целью бе­зопасности установлен максимальный срок эксплуатации емкости — 20 лет, после чего емкость освобождается от отходов и кон­сервируется.

Отходы высокого уровня активности  концентрируются методом упаривания, так как высокий уровень активности исклю­чает применение других методов. Конденсат после упаривания присоединяется к средне- и низкоактивным отходам. Кубо­вый остаток (концентрат) поступает на от­верждение или на временное хранение в специальные резервуары емкостью от нес­кольких десятков до сотен кубических метров. На условия хранения жидких вы­сокоактивных отходов существенное влия­ние оказывают два фактора: саморазогрев за счет энергии, выделяемой в результате распада радионуклидов, и радиолиз составных частей отходов, который приводит к образованию газообразных продуктов (в том числе водорода) и может вызвать появ­ление твердой фазы. В связи с этим хране­ние жидких отходов требует постоянного охлаждения, продувки через емкость над поверхностью растворов воздуха или инерт­ного газа, поддержания нужной кислотно­сти, чтобы не допустить выпадения осадков.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Комптон - эффект и его объяснение.

Срок надежной изоляции радиоактивных отходов от окружающей среды, определя­емый наличием долгоживущих радионук­лидов, а также стабильных химических соединений, должен быть вечным [25, 28]. Ввиду необходимости периодической замены ем­костей и постоянного строгого контроля в процессе эксплуатации постоянное хра­нение отходов в жидком виде не допуска­ется.

Отверждение высокоактивных отходов. Для надежной изоляции от окружающей среды радиоактивные отходы переводят в твердые формы, к которым предъявляются следующие требования: высокая химичес­кая стабильность, возможно более низкая скорость выщелачивания радионуклидов, термическая и радиационная стойкость, обеспечивающая стабильность отходов в процессе хранения, соответствие теплофизических параметров условиям отвода тепла в процессе хранения.

Для высокоактивных отходов необходи­мо проведение процесса отверждения при температуре, обеспечивающей полное уда­ление свободной, кристаллизационной и конституционной воды (не ниже 400 -500 °С), разложение подверженных радиолизу солей (например, нитратов) и сплав­ление с добавками, снижающими темпе­ратуру плавления и способствующими об­разованию химически устойчивых соедине­ний радионуклидов. При этом необходи­мым условием является прочное удержа­ние в твердом материале практически всех радионуклидов, в том числе ¹³⁷Cs, ¹⁰⁶Ru и ¹⁰⁹Тс, способных образовать соединения с повышенным давлением пара.

В процессе переработки высокоактивных отходов могут быть получены стекло- и минералоподобные материалы, удовлетво­ряющие требованиям наиболее безопасно­го захоронения радионуклидов. Высокая устойчивость стеклоподобных материалов обусловлена полимерным строением стек­ловидной фазы с преобладанием ковалентных связей

Наиболее проработана аппаратурно-технологическая схема с осуществлением про­цесса обезвоживания, кальцинации и плав­ления в одном аппарате с непрерывной по­дачей жидких отходов и флюсующих доба­вок непосредственно в керамический плавитель, изготовленный из огнеупорных ма­териалов. Подвод тепла и необходимая для проведения процесса температура дос­тигаются пропусканием переменного элект­рического тока через расплав стекломас­сы. Для получения фосфатного стекла жид­кие отходы предварительно смешивают с ортофосфорной кислотой и в виде гомо­генного продукта подают в плавитель на поверхность расплава. Плавитель имеет две зоны: варочную и выработочную, сое­диненную донным перетоком. Отходы по­даются в варочную зону. По мере накопле­ния стекломассы готовый расплав из смон­тированного на определенном уровне в вы-работочной зоне сливного отверстия сли­вается в металлическую емкость объемом 200л.

Процесс осложняется в случае контакта водяных паров с поверхностью расплава: в этом случае увеличивается унос с паро­газовой фазой компонентов жидких от­ходов (механический унос) и компонентов расплава благодаря образованию аэротроп-ных смесей водяного пара с отдельными компонентами расплава. Во избежание это­го процесс ведется таким образом, что меж­ду подаваемыми жидкими отходами и расп­лавом постоянно находится слой кальцини­рованного материала; аэрозольный унос при этом не превышает 0,5 %.