/
Tags: общее машиностроение технология машиностроения
ISBN: 966-02-4149-6
Text
БЕЗОПАСНОСТЬ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
А. В. Носовский, В. М. Гавриш, А. А. Ключников, Д. А. Ткачев
БЕЗОПАСНОСТЬ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
ДЕАКТИВАЦИЯ
А
ОСНООЛ
I М Д А I Н И Ц Г * О
к. В. Носовский, В. М. Гавриш, А. А. Ключников, Д. А. Ткачев
БЕЗОПАСНОСТЬ
АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Под редакцией
доктора технических наук, профессора
А. В. Носовского
КиТв «Основа» 2009
УДК 621.039.75
Серия основана в 2004 г.
Рекомендовано к печати научно-техническим советом Государственного научно-технического
центра по ядерной и радиационной безопасности Госатомрегулирования Украины, протокол
№09-5 от 31.08.2009 г.; ученым советом Института проблем безопасности атомных станций
Национальной академии наук Украины, протокол № 8 от 19.11.2009 г.
Рецензенты:
Е. И. Письменный, д-р техн, наук, проф., зав. кафедрой атомных станций и инженерной тепло-
физики Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт»;
В. А. Дубковский, д-р техн, наук, проф., зав. кафедрой АЭС Одесского национального политехни-
ческого университета; В. В. Севриков, д-р техн, наук, проф. кафедры радиационной и экологи-
ческой безопасности Севастопольского национального университета ядерной энергии и про-
мышленности. -
Носовский А. В.
Дезактивация: Монография / А. В. Носовский, В. М. Гавриш, А. А. Ключников,
Д. А. Ткачев; Под ред. А. В. Носовского. — К.: Основа, 2009. — 304 с. — (Серия
«Безопасность атомных станций»).
ISBN 966-02-4149-6 (серия)
ISBN 978-966-699-556-1
В монографии освещены основные теоретические и практические сведения по способам и тех-
нологиям дезактивации поверхностей, загрязненных радиоактивными веществами. Обобщены между-
народные знания, а также национальный опыт в этой сфере деятельности. Описаны современные
способы дезактивации. Особое внимание уделено вопросам выбора технологий дезактивации, а также
правилам и нормам ^безопасности при проведении работ по дезактивации.
Для специалистов атомных электрических станций и других предприятий, организаций, кото-
рые занимаются вопросами дезактивации. Книга может быть полезной аспирантам, студентам высших
учебных заведений, научным и практическим работникам, проектировщикам и другим инженерно-
техническим работникам, которые стремятся пополнить и систематизировать свои знания в дан-
ной отрасли.
ISBN 966-02-41-49-6 (серия)
ISBN 978-966-699-556-1
© А. В. Носовский,
В. М. Гавриш,
А. А. Ключников,
Д. А. Ткачев, 2009
Оглавление
Предисловие....................................................... 5
Перечень сокращений............................................... 7
Введение.......................................................... 9
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА АЭС....................................... 12
1.1. Сведения о радиоактивности.........................................12
1.2. Источники радиоактивных загрязнений на АЭС.........................18
1.3. Активная зона реактора как источник ионизирующих излучений.........24
1.4. Виды активности теплоносителя......................................27
1.5. Радиоактивные отходы и методы их минимизации.......................36
ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ..............................................40
2.1. Адгезия............................................................41
2.2. Процессы сорбции...................................................48
2.3. Влияние окисления и коррозии металлов
на процессы радиоактивного загрязнения поверхностей и дезактивацию......62
2.4. Влияние процесса диффузии
на процессы радиоактивного затрязнения поверхностей.....................70
2.5. Наиболее характерные процессы радиоактивного загрязнения...........73
2.6. Способы дезактивации радиоактивных загрязнений.....................74
2.7. Контроль качества дезактивации.....................................77
ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ................................80
3.1. Общие характеристики химических способов дезактивации..............80
3.2. Дезактивация оборудования в составе контуров.......................85
3.3. Контурная очистка парогенераторов.................................100
3.4. Ванный способ.....................................................106
3.5. Ультразвуковая дезактивация...................................... 119
3.6. Дезактивация гелями...............................................133
3.7. Дезактивация пенами.............................................. 135
3.8. Пароэмульсисионный способ........................................ 138
3.9. Травление реагентами............................................. 142
3.10. Физико-химическая (гидромеханическая) дезактивация...............146
3.11. Удаляемые полимерные покрытия ...................................150
3.12. Электрохимические способы....................................... 153
ГЛАВА 4. ФИЗИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ..............................174
4.1. Абразивные способы..............................................174
4.2. Струйные способы............................................... 178
4.3. Дезактивация фреоном............................................187
4.4. Дезактивация с помощью льда.....................................188
4.5. Вакуумная очистка.........;.....................................190
4.6. Крацевание......................................................191
4.7. Ручная абразивная очистка.......................................192
4.8. Технологии локализации радиоактивных загрязнений................192
4.9. Аэрозольно-газодинамический способ дезактивации.................194
4.10. Дезактивация плавлением.........................................196
4.11. Дезактивация с применением озона................................210
4.12. Микробиологическая дезактивация.................................211
4.13. Сверхкритическая флюидная экстракция в углекислом газе..........211
4.14. Дезактивация бетона.............................................212
4.15. Дезактивация плазмой............................................212
4.16. Термическая дезактивация........................................213
ГЛАВА 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОВЕДЕНИЯ ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ.....................................217
5.1. Дезактивация спецодежды и средств индивидуальной зашиты......... 217
5.2. Дезактивация грунтов.............................................247
5.3. Дезактивация ионообменных смол...................................252
5.4. Дезактивация кожных покровов.....................................253
5.5. Дезактивация продуктов питания...................................257
5.6. Дезактивация транспорта..........................................258
5.7. Дезактивация зданий и сооружений.................................260
ГЛАВА 6. ОРГАНИЗАЦИЯ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ЭКОНОМИЧНОСТЬ
ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ................................................262
6.1. Организация участка дезактивации на АЭС...........................262
6.2. Оценка эффективности проведения дезактивационных работ...........266
6.3. Методы и алгоритм выбора оптимальной технологии дезактивации.....268
6.4. Меры безопасности при проведении дезактивационных работ..........275
Список использованной литературы......................................290
Предисловие
Существование цивилизации на совре-
менном этапе ее развития немыслимо без
использования ядерной энергии в самых
различных областях жизнедеятельности
человека, а значит, и без изучения дей-
ствия радиоактивных веществ на челове-
ка и биосферу. Поэтому вопросы разви-
тия атомной энергетики, использования
источников ионизирующих излучений
неразрывно связаны с проблемой обес-
печения радиационной безопасности на-
селения и окружающей среды.
Радиоактивные отходы образуются на
этапах использования источников иони-
зирующих излучений и ядерных техно-
логий: при изготоалении, использовании
и переработке ядерного топлива, ремонтах
и перегрузках ядерного топлива на АЭС,
применении радиоактивных веществ, ра-
диоизотопных приборов и источников
ионизирующего излучения в медицине,
промышленности, научных исследованиях
и т. п. Радионуклиды, которые находятся
в радиоактивных отходах, имеют различ-
ные физико-химические свойства и по-
этому по-разному атияют на человека
и окружающую среду. Чтобы защитить
человека от негативного влияния РАО,
необходимо обеспечить их сбор и изоля-
цию от биосферы. Следующее и главное
условие обеспечения безопасности заклю-
чается в утилизации и минимизации РАО.
Одним из самых перспективных направ-
лений снижения объемов РАО является
проведение очистки загрязненных поверх-
ностей от радионуклидов до уровней, по-
зволяющих неограниченное использова-
ние дезактивированного оборудования
и материалов.
Программа развития атомной энергетики
Украины уделяет большое внимание воп-
росам подготовки специалистов по проек-
тированию и созданию новых технологий,
эксплуатации ядерных установок, ядерной
и радиационной безопасности. В то же вре-
мя ощущается острая нехватка изданий,
обобщающих вопросы, связанные с про-
блемами методического обеспечения дезак-
тивационных работ при использовании
ядерных технологий. Этот пробел и при-
звана восполнить данная книга, в которой
авторы сделали попытку проанализировать
известные литературные данные, получен-
ные в результате обобщения между-
народных знаний и национального опыта
проведения дезактивационных работ при
эксплуатации АЭС в нормальных режи-
мах, при проведении ремонтных работ
и при снятии с эксплуатации ядерных
объектов. Огромный опыт ведения дез-
активационных работ был получен при лик-
видации аварии на Чернобыльской АЭС.
При подготовке монографии использо-
вались материалы научно-исследовательских
и опытно-конструкторских разработок,
выполненных в течение длительного вре-
мени на атомных электрических станциях
и других предприятиях атомной отрасли.
В результате множества проведенных
исследований был получен ряд новых
и весьма интересных данных в области
дезактивации, изложенных в научных ста-
тьях, отчетах, материалах конференций.
Но несмотря на наличие этих публика-
ций, существует потребность в издании,
обобщающем и критически осмысливаю-
щем весь комплекс накопленных матери-
алов и объективно отражающих совре-
менные предстаатения о способах и сред-
ствах дезактивации, состоянии и перс-
пективах разработки новых способов. Об
этом свидетельствует и собственный опыт
авторов книги, которые принимали не-
посредственное участие в планировании
и выполнении дезактивационных работ,
тесно общались со специалистами и на-
учными работниками, занимающимися по
роду своей профессиональной деятельно-
сти вопросами радиационной безопасно-
сти и дезактивации.
По многим аспектам дезактивации
радиоактивных загрязнений, которая
позволяет значительно уменьшить коли-
чество РАО и обеспечить нормальные ра-
диационные условия работы, а также эко-
логическую безопасность, нет единого
мнения. Существующие в литературе те-
оретические, экспериментальные и прак-
тические материалы содержат разные,
в том числе и противоположные данные,
к оценке которых следует подходить край-
не осторожно.
В монографии изложены не только
апробированные временем способы дезак-
тивации, но и технологии последних лет,
появление которых связано с проведением
работ по ликвидации аварии на Черно-
быльской АЭС и снятию с эксплуатации
ядерных установок, отработавших свой
ресурс. Основное внимание уделяется
описанию физико-химических процессов
образования радиоактивных загрязнений
и процессов их очистки. Воспользовав-
шись списком использованной и реко-
мендуемой литературы, приведенным
в конце книге, читатель сможет обратиться
к другим литературным источникам для
получения более подробной информации.
Издание предназначено научным ра-
ботникам и специалистам, занятым по
роду своей профессиональной деятельно-
сти решением вопросов очистки поверх-
ностей от радиоактивных загрязнений,
обращением с радиоактивными отхода-
ми, обеспечением радиационной безопас-
ности на атомных станциях и других
предприятиях, где используются источ-
ники ионизирующих излучений. Книга
будет полезной студентам и аспирантам
высших технических учебных заведений.
Авторы выражают искреннюю призна-
тельность рецензентам: зав. кафедрой атом-
ных станций и нженерной теплофизики
Национального технического университета
Украины «Киевский политехнический ин-
ститут», д-ру техн, наук, проф. Е. Н. Пись-
менному; зав. кафедрой АЭС Одесского
национального политехнического универ-
ситета, д-ру техн, наук, проф. В. А. Дубков-
скому проф. кафедры радиационной и эко-
логической безопасности Севастопольского
национального университета ядерной энер-
гии и промышленности, д-ру техн, наук
В. В. Севрикову за ценные замечания по
рукописи книги, которые учтены авторами
при подготовке ее окончательной редакции.
Перечень сокращений
АГД — аэрозольно-газодинамическая дезактивация
АРС — авторазливочная станция
АЭС — атомная электрическая станция
ВАО — высокоактивные отходы
ВВЭР- водо-водяной энергетический реактор
ВНИПИЭТ- Всероссийский научно-исследовательский проектный институт энерготехники
ВСРО- вспомогательные системы реакторного отделения
вхв- вредные химические вещества
ГЖ- горючие жидкости
ГМФН- гексаметафосфат натрия
гост- Государственный стандарт
гцн- главный циркуляционный насос
дн- дренажный насос
дэс- двойной электрический слой
ЖРО- жидкие радиоактивные отходы
зн- зона наблюдения
ии- ионизирующее излучение
иии- источник ионизирующего излучения
кип- контрольно-измерительные приборы
кмпц- контур многократной принудительной циркуляции
КУ- контрольные уровни радиационной безопасности
лвж- легковоспламеняющиеся жидкости
МАГАТЭ — Международное агентство по атомной энергии
мэд- мощность экспозиционной дозы
НАО— низкоактивные отходы
НИР- научно-исследовательская работа
нпо- научно-производственное объединение
НРБУ — Нормы радиационной безопасности Украины
ост- отраслевой стандарт
ОЭДФК - оксиэтилидендифосфоновая кислота
оят- отработавшее ядерное топливо
ПАВ — поверхностно-активные вещества
ПБ — правила безопасности
ПВБ — поливинилбутираль
ПВС- поливиниловый спирт
ПВХ- поливинилхлорид
ПГ- парогенератор
ПДК- предельно допустимая концентрация
ПЗРО- пункт захоронения радиоактивных отходов
птэ- правила технической эксплуатации
пхв- полихлорвинил
РЗ- радиоактивное загрязнение
РАО— радиоактивные отходы
РБ — радиационная безопасность
РБМК — реактор большой мощности канальный
РК- радиационный контроль
РМО- радиоактивное металлическое оборудование
САО — среднеактивные отходы
СВО- спецводоочистка
СЗЗ- санитарно-защитная зона
сиз- средства индивидуальной защиты
смс- синтетические моющие средства
со- спецодежда
СПОРО - Санитарные правила обращения с радиоактивными отходами
спп- система пылеподавления
СУЗ- система управления защитой
сэ- снятие с эксплуатации
ТБ — техника безопасности
ТВС — тепловыделяющая сборка
ТВЭЛ — тепловыделяющий элемент
тмс- технические моющие средства
ТРО- твердые радиоактивные отходы
УДПГ- установка дезактивации парогенератора
УЗ- ультразвук
х/б — хлопчатобумажный
хц- химический цех
хоят- хранилище отработавшего ядерного топлива
ЭДТА — этилендиаминтетраацетат
эмс- экзотермические металлизированные смеси
ЭХДА — электрохимическая дезактивация (анодная)
эхп- электрохимическое полирование
ЯППУ- ядерная паропроизводящая установка
ЯЭУ- ядерная энергетическая установка
Радиационные технологии находят все
большее применение в самых разных от-
раслях промышленности. Одно из наи-
более важных направлений использова-
ния таких технологий — производство
электрической энергии на атомных стан-
циях. Несмотря на имевшееся ранее сни-
жение темпов развития ядерной энерге-
тики, в настоящее время в ряде стран
пересматриваются стратегические, эконо-
мические и экологические принципы
энергетического снабжения и открыто
обсуждаются возможности развития атом-
ной энергетики.
Украина является государством с раз-
витой атомной энергетикой, которая не
только безопасно эксплуатирует имеющи-
еся мощности, но и имеет все необходи-
мые ресурсы и возможности для даль-
нейшего развития этого направления.
В настоящее время на украинских АЭС
в эксплуатации находятся 15 ядерных
энергоблоков. Стратегией развития топ-
ливно-энергетического комплекса Укра-
ины до 2030 г. предусматривается увели-
чение производства электроэнергии атом-
ными электростанциями путем строитель-
ства и ввода в эксплуатацию новых
энергоблоков, а также максимального
продления ресурса действующих АЭС.
Энергоблоки АЭС имеют предельный
срок службы, по истечении которого их
эксплуатация становится экономически
неэффективной (проектный срок службы
практически всех действующих АЭС со-
ставляет 30 лет, но некоторые могут экс-
плуатироваться более длительный пери-
од). При снятии с эксплуатации АЭС
и других объектов ядерной отрасли воз-
никает серьезная экологическая пробле-
ма, имеющая большое социальное значе-
ние: успешность её решения позволяет
доказать обществу безопасность ядерной
отрасли. Отчасти поэтому большинство
программ и планов снятия с эксплуата-
ции объектов ядерной отрасли строится
на концепции «зеленой лужайки», реали-
зация которой предусматривает постепен-
ный демонтаж оборудования и полную
очистку площадки от источников иони-
зирующих излучений.
Исходя из этого, основной операцией
на этапе снятия с эксплуатации энерго-
блоков АЭС и других объектов, использу-
ющих ядерные и радиационные техноло-
гии, является дезактивация — удаление
с помощью химических, электрохимиче-
ских, механических и других специаль-
ных методов радиоактивных веществ с по-
верхностей оборудования до полного сня-
тия радиоактивных загрязнений или до
уровней, допускаемых требованиями дей-
ствующих нормативных документов. Це-
лями дезактивации являются уменьше-
ние профессионального облучения и рас-
пространения радиоактивных веществ
в окружающей среде, повторное исполь-
зование материалов, а также снижение
объемов радиоактивных отходов. Учиты-
вая, что в ближайшем будущем количе-
ство снимаемых с эксплуатации объектов
ядерной отрасли будет неуклонно увели-
чиваться, проблема рациональной орга-
низации процессов дезактивации является
весьма актуальной. Необходимость по-
вторного использования радиоактивно
загрязненного металла будет обусловлена
экономическими факторами, поскольку
большинство оборудования АЭС изготав-
ливается преимущественно из коррози-
онностойких сталей, сплавов и других
ценных металлов.
Для дезактивации любым из спосо-
бов обязательно наличие специального
оборудования, предназначенного для вы-
полнения таких технологических функ-
ций проведения химических работ, как
нейтрализация и осаждение, фильтра-
ция, выпаривание. Для проведения
химической дезактивации необходимы
как можно более полные знания о хими-
ческом составе загрязнения, коррозион-
ных процессах и образующихся отходах,
а также о специальных производствен-
ных технологических процессах — сме-
шивании химических растворов, их
сливе и переработке. Персонал, участву-
ющий в проведении дезактивационных
работ, должен пройти соответствующую
квалификационную программу под-
готовки.
Для обеспечения безопасности обслу-
живающего персонала и защиты окру-
жающего пространства от бесконтроль-
ного распространения радионуклидов дез-
активация должна выполняться спосо-
бами, сочетающими высокую степень
механизации всех технологических опе-
раций, дистанционный характер управ-
ления процессами и надежную локали-
зацию радионуклидов в ограниченном
объеме.
В настоящее время не существует
универсального способа очистки различ-
ных объектов, который позволял бы про-
водить дезактивацию любого оборудо-
вания с требуемой эффективностью.
В каждом конкретном случае практичес-
ки решается не столько вопрос возмож-
ности дезактивации объекта, сколько
вопрос выбора оптимального способа дез-
активации различных материалов. Этой
проблеме посвящено немало исследова-
тельских работ.
Сложность определения оптимально-
го комплекса дезактивационных работ для
конкретного объекта можно продемонст-
рировать перечнем критериев, которыми
следует руководствоваться при принятии
решения:
принципиальная возможность прове-
дения дезактивации;
планирование дальнейшего использо-
вания дезактивированных объектов (воз-
вращение в эксплуатацию, понижение
уровня радиоактивного загрязнения
объекта с целью перевода объекта из од-
ной группы РАО в другую, захоронение,
дезактивация объекта до уровней свобод-
ного использования);
сопротивляемость очищаемых матери-
алов повторному загрязнению;
эффективность процессов дезактивации;
время проведения дезактивационных
работ;
объем полученных при дезактивации
вторичных РАО и условий их переработки;
общая стоимость процесса (стоимость
материалов, трудовые затраты, переработ-
ка вторичных РАО).
Часто на предприятии производят дез-
активацию оборудования по стандарт-
ным методикам, не принимая во внима-
ние альтернативные технологии, чтобы
не выполнять трудоемких индивидуаль-
ных расчётов. Выбор оптимального ком-
плекса дезактивационных работ полнос-
тью возлагается на инженера-технолога.
Естественно, на качестве принимаемого
им решения сказывается наличие опре-
деленного опыта, знание оборудования,
способность ориентироваться в данной
сфере деятельности, ограниченность сро-
ков принятия решения. Целью дайной
книги является обобщение накопленного
опыта и оказание помощи лицам, заня-
тым по роду своей деятельности в прове-
дении дезактивационных работ.
Глава 1 . ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА АЭС
1.1. СВЕДЕНИЯ
О РАДИОАКТИВНОСТИ
Под радиоактивностью понимается
самопроизвольное превращение атомов
одних элементов в атомы других элемен-
тов (радионуклиды), сопровождающееся
испусканием различных частиц и элект-
ромагнитного излучения.
По своей физической природе радио-
активное (ионизирующее) излучение пред-
ставляет собой поток элементарных
быстродвижущихся частиц, входящих
в состав атомных ядер, а также их волно-
вое электромагнитное излучение. Иони-
зирующие излучения получили свое на-
звание благодаря способности вызывать
ионизацию атомов и молекул среды, в ко-
торой они распространяются: воздуха,
воды, металлов, биологических тканей
и т. д. При этом нейтральные атомы и мо-
лекулы вещества распадаются на пары
положительно и отрицательно заряженных
частиц — ионов. Источники этих излу-
чений широко используются в технике,
медицине, сельском хозяйстве и других
областях.
Ионизация вещества всегда сопровож-
дается изменением его основных физи-
ко-химических свойств, а для биологи-
ческой ткани — нарушением ее жизне-
деятельности. Поэтому радиоактивные
излучения и оказывают на живой орга-
низм поражающее действие.
Для ионизации вещества требуются
затраты определенной энергии внешних
сил. Проникая в вещество и ионизируя
его, радиоактивное излучение постепен-
но теряет свою энергию.
Ионизирующая способность радиоактив-
ного излучения зависит от его типа и энер-
гии, а также от свойств ионизирующего ве-
щества, и оценивается удельной ионизацией,
которая измеряется количеством ионов этого
вещества, создаваемых излучением на дли-
не в 1 см. Чем больше удельная ионизация,
тем быстрее расходуется энергия излуче-
ний, т. е. тем меньший путь пройдет излу-
чение в веществе до полной потери своей
энергии. Поэтому чем больше ионизирую-
щая способность излучения, тем меньше его
проникающая способность, и наоборот.
Различают два вида радиоактивности:
естественную и искусственную. Под
естественной радиоактивностью пони-
мается самопроизвольное превращение ато-
мов элементов, встречающихся в природе,
под искусственной — самопроизвольное
превращение атомов элементов, получен-
ных искусственным путем через соответ-
ствующие ядерные реакции.
Под радиационным фоном в данной
точке пространства понимают постоянно
присутствующее в ней ионизирующее
излучение природного и искусственного
происхождения. Различают естественный,
технологически измененный естественный
и искусственный радиационный фон.
Естественный радиационный фон
обусловлен излучением природных ра-
диоактивных веществ, находящихся как
в земной коре, так и непосредственно в теле
человека, и космическим излучением. Во
многих местах уровни естественного об-
лучения превышают средние значения
в десятки, а иногда и в сотни раз. В этом
случае говорят о повышенном радиаци-
онном фоне, который может быть обу-
словлен как более высоким содержанием
радионуклидов естественного происхож-
дения в окружающей природной среде,
так и космическим излучением в высоко-
горных районах.
Технологически измененный естествен-
ный радиационный фон формируется за
счет природных источников ионизирую-
щего излучения (например, излучения
рассеянных в окружающей среде есте-
ственных радионуклидов, извлеченных из
недр Земли вместе с полезными иско-
паемыми или содержащихся в строитель-
ных материалах жилых помещений) и свя-
зан с производственной деятельностью
человека.
Искусственный радиационный фон —
загрязнение окружающей среды образу-
ющимися при расщеплении ядер урана и
плутония радионуклидами искусственно-
го происхождения.
Искусственный радиационный фон, в
масштабах земного шара в среднем со-
ставляющий 1—3 % естественного радиа-
ционного фона, возник в результате ис-
пытаний ядерного оружия, а также за счет
выброса атомными электростанциями
радиоактивных инертных газов, углеро-
да и трития.
Первые миллионы лет существования
простейших форм жизни на Земле про-
текали в высокорадиоактивной среде,
и эти формы очень отличались от суще-
ствующих в настоящее время. Воздей-
ствие радиоактивных излучений способ-
ствовало эволюции, в процессе которой
возникали более или менее устойчивые
к радиации биологические виды, к кото-
рым относится и человек.
Таким образом, человек сформировал-
ся в условиях естественного радиацион-
ного фона и всегда подвергался облуче-
нию от естественных источников иони-
зирующего излучения (ИИИ).
В окружающей среде имеется большое
количество естественных радиоактивных
изотопов. Промышленностью производят-
ся, например, миллионы тонн калийных
удобрений, которые вносятся в почву и,
в конечном счете, радиоактивный изотоп
40 К по пищевым цепочкам попадает в ор-
ганизм человека. Значительное количество
радиоактивных элементов поступает в
окружающую среду при добыче полезных
ископаемых.
Определенная радиоактивность свой-
ственна и самому человеческому организ-
му, содержащему радиоактивные изото-
пы калия и радия.
Деятельность человека, включающая
использование радиоактивных веществ
(в промышленности, медицине, научных
исследованиях, воздушном флоте, при
космических полетах и т. д.), приводит
к дополнительному облучению наряду
с естественным. Средний уровень профес-
сионального облучения близок к глобаль-
ному среднему уровню естественного
облучения, однако часть профессиональ-
ных работников получает дозы облуче-
ния в несколько раз большие, чем сред-
няя величина естественного облучения.
Поражение человека радиоактивными
излучениями возможно в результате как
внешнего, так и внутреннего облучения.
Внешнее облучение создается радиоак-
тивными веществами, находящимися вне
организма, а внутреннее — радиоактив-
ными веществами, попавшими внутрь
организма с воздухом, водой и пищей.
При внешнем облучении наиболее
опасны излучения, имеющие высокую
проникающую способность, а при внут-
реннем — ионизирующую.
Внутреннее облучение, воздействуя на
незащищенные ткани, органы, системы
тела, причем на молекулярном, клеточ-
ном уровне, более опасно, чем внешнее,
от которого человека защищают стены по-
мещений, одежда, кожные покровы, спе-
циальные средства защиты и др. Поэто-
му внутреннее облучение поражает орга-
низм больше, чем такое же внешнее.
Источником ионизирующего излучения
может быть физический объект, содер-
жащий радиоактивное вещество, либо
техническое устройство, которое создает
или при определенных условиях может
создавать ионизирующее излучение.
К основным видам ионизирующих
излучений относятся альфа-, бета-, ней-
тронные (группа корпускулярных излуче-
ний), рентгеновские и гамма-излучения
(группа волновых излучений).
Корпускулярные излучения пред-
ставляют собой потоки невидимых эле-
ментарных частиц, имеющих массу и
диаметр.
^Волновые излучения имеют кванто-
вую природу. Это электромагнитные вол-
ны в сверхкоротковолновом диапазоне.
Ачъфа-излучение представляет собой
поток альфа-частиц, распространяющихся
с начальной скоростью около 20 тыс. км/с.
Их ионизирующая способность огром-
на, а так как на каждый акт ионизации
тратится определенная энергия, то их
проникающая способность незначитель-
на: длина пробега в воздухе составляет
3—11 см, а в жидких и твердых средах —
сотые доли миллиметра. Лист плотной
бумаги полностью задерживает их. На-
дежной защитой от альфа-частиц явля-
ется одежда человека.
Поскольку альфа-излучение имеет
наибольшую ионизирующую, но наи-
меньшую проникающую способность,
внешнее облучение альфа-частицами
практически безвредно, но попадание их
внутрь организма весьма опасно.
Бета-излучение — поток бета-частиц,
которые в зависимости от энергии излуче-
ния могут распространяться со скоростью,
близкой к скорости света (300 тыс. км/с).
Заряд бета-частиц меньше, а скорость
больше, чем у альфа-частиц, поэтому они
имеют меньшую ионизирующую, но
большую проникающую способность.
Длина пробега бета-частиц с высокой
энергией составляет в воздухе до 20 м,
воде и живых тканях — до 3 см. На прак-
тике бета-частицы почти полностью по-
глощаются оконными или автомобиль-
ными стеклами и металлическими экра-
нами толщиной в несколько миллимет-
ров и до 50 % — одеждой.
При внешнем облучении организма на
глубину около 1 мм проникает 20—25 %
бета-частиц. Поэтому внешнее бета-
облучение представляет серьезную опас-
ность лишь при попадании радиоактив-
ных веществ непосредственно на кожу
(особенно на глаза) или же внутрь орга-
низма.
Нейтронное излучение представляет
собой поток нейтронов, скорость распро-
странения которых достигает 20 тыс. км/с.
Так как нейтроны не имеют электриче-
ского заряда, они легко проникают в ядра
атомов (в том числе в ядра атомов жи-
вой ткани) и захватываются ими. По-
этому нейтронное излучение оказывает
сильное поражающее действие при внеш-
нем облучении. Лучшими защитными
материалами от него являются легкие
водородсодержащие материалы: полиэти-
лен, парафин, вода и др.
Гамма-излучение — это электромагнит-
ное излучение, испускаемое ядрами ато-
мов при радиоактивных превращениях.
Оно, как правило, сопровождает бета-рас-
пад, реже альфа-распад. По своей приро-
де гамма-излучение представляет собой
электромагнитное поле с длиной волны
10~8—-10“11 см. Оно испускается отдель-
ными порциями (квантами) и распрост-
раняется со скоростью света. Ионизи-
рующая способность его значительно
меньше, чем у бета-частиц и тем более
альфа-частиц.
Гамма-ихтучение имеет наибольшую
проникающую способность и в воздухе
может распространяться на сотни метров.
Для ослабления его энергии в два раза
необходим слой (слой половинного
ослабления) воды толщиной 23 см, ста-
ли — около 3, бетона — 10, дерева — 30 см.
Из-за наибольшей проникающей способ-
ности гамма-излучение является важней-
шим фактором поражающего действия
радиоактивных ихчучений при внешнем
облучении. Хорошей защитой от гамма-
излучений служат тяжелые металлы, на-
пример свинец, который для этих целей
используется наиболее часто.
Рентгеновские излучения были откры-
ты первыми из всех ионизирующих из-
лучений и наиболее хорошо изучены.
У них та же физическая природа (электро-
магнитное поле) и те же свойства, ^то
и у гамма-излучений. Этот тип излуче-
ний отличается, прежде всего, по спосо-
бу получения, и в отличие от гамма-лу-
чей имеет внеядерное происхождение.
Излучение получают в специальных ва-
куумных рентгеновских трубках при тор-
можении (ударе о специальную мишень)
быстролетящих электронов.
Энергия квантов рентгеновских лучей
несколько меньше, чем энергия гамма-
излучения большинства радиоактивных
изотопов; соответственно, несколько ниже
их проникающая способность. Рент-
геновские лучи широко используются
в медицине, а также для эксперименталь-
ного облучения животных, семян расте-
ний и т. п. Лучшими защитными мате-
риалами от рентгеновских лучей являют-
ся тяжелые металлы, в частности свинец.
В последние десятилетия появилась
возможность получать с помощью уско-
рителей заряженных частиц электро-
магнитные ихтучения высокой энергии,
обладающие теми же свойствами, что
и рентгеновское, и гамма-ихтучение.
Научные открытия и развитие физико-
химических технологий в XX в. привели
к появлению искусственных источников
радиации, представляющих большую по-
тенциальную опасность (намного превы-
шающую опасность от естественного ра-
диационного фона, к которому адапти-
рована вся живая природа) для челове-
чества и всей биосферы.
Основная часть воздействия ионизи-
рующего ихзучения на население Земли
приходится на естественные источники
радиации. При этом избежать облучения
от большинства из них невозможно. Бо-
лее 80 % годовой эффективной эквива-
лентной дозы, получаемой населением от
естественных ИИИ, приходится на внут-
реннее облучение от земной радиации —
радионуклидов, попадающих в организм
с пищей, водой и воздухом. Остальную
часть этой дозы вносят космические лучи,
главным образом путем внешнего облу-
чения.
К основным радионуклидам, встреча-
ющимся в земле, относятся калий 40К,
рубидий 87Rb и члены двух радиоактив-
ных семейств, берущих начало от урана
238U и тория 232Th — долгоживущих изо-
топов, находящихся в составе Земли с са-
мого ее рождения. Наиболее весомым
естественным источником радиации яв-
ляется тяжелый (в 7,5 раза тяжелее воз-
духа) газ радон в форме 220 Rn, образую-
щегося в цепочке продуктов распада 238U,
промежуточными элементами которой
являются 232Th и 222Rn. Радон относится
к инертным газам, удаляемым из лег-
ких с такой же скоростью, с какой он
и поступает, поэтому облучение от само-
го радона незначительно. Однако про-
дукты распада радона оседают на пыль и
другие мельчайшие частицы, например
на частицы табачного дыма, которые,
в свою очередь, осаждаются в дыхатель-
ных путях человека. Таким образом, когда
говорят об облучении человека радоном,
на^амом деле имеется в виду облучение
продуктами его деления, в первую оче-
редь полонием 218Ро и 214Ро.
Радон обуславливает 75 % годовой
индивидуальной эффективной эквива-
лентной дозы, получаемой населением от
земных источников радиации, и пример-
но половину — от всех естественных ис-
точников. Основную часть дозы облуче-
ния от радона человек получает, нахо-
дясь в закрытом, непроветриваемом по-
мещении, в которое радон поступает,
просачиваясь через фундамент и пол из
грунта или, что происходит реже, вы-
свобождаясь из строительных материалов,
использованных в конструкции здания.
В результате в помещении могут возни-
кать довольно высокие уровни радиации,
особенно если здание стоит на фунда-
менте с повышенным содержанием ра-
дионуклидов или если при его строитель-
стве использовали материалы с повышен-
ной радиоактивностью. Герметизация
помещений с целью утепления лишь усу-
губляет дело, так как затрудняет выход
газа из помещения.
Другими источниками радиации яв-
ляются уголь и образующиеся в резуль-
тате его сжигания зола и зольная пыль,
приводящие к увеличению коллективной
эффективной дозы на сотни тысяч чело-
веко-зивертов. Значительно меньший
вклад в дозу вносит добыча фосфатов
для производства удобрений.
Использование радиоактивных мате-
риалов в промышленности, медицине,
сельском хозяйстве и научных исследо-
ваниях расширяется во всем мире, и лю-
дям может наноситься вред из-за оши-
бок обращения с источниками излучения.
Интенсивность воздействия техноген-
ных источников радиации сильно варьи-
рует, но, как правило, легче контролиру-
ется, хотя облучение, связанное с радио-
активными осадками от ядерных взры-
вов, так же сложно контролировать, как
и облучение, обусловленное космическими
лучами или земными источниками. В насто-
ящее время основной вклад в дозу, по-
лучаемую человеком от техногенных ис-
точников радиации, вносят связанные
с их применением медицинские диагно-
стические процедуры и методы лечения.
Лучевая терапия широко применяется при
лечении рака. При этом используются
очень высокие дозы, направленные на
исцеление больного. Но получают такие
дозы отдельные лица, что мало влияет
на коллективную эффективную дозу.
Наиболее распространено медицинское
применение радиации в диагностических
целях. В наиболее развитых странах на
каждую тысячу жителей приходится
от 300 до 900 обследований в год, не счи-
тая рентгенологических обследований
зубов и массовой флюорографии.
Дозы излучения, получаемые при рент-
генодиагностических процедурах, колеб-
лются в очень широких пределах в зави-
симости от технических параметров обо-
рудования, методов, применяемых в раз-
личных медицинских учреждениях,
и опыта рентгенологов. Для большинства
рентгенодиагностических процедур сред-
няя доза воздействия на кожу составляет
0,5—5 сГр за процедуру, хотя в отдель-
ных случаях (например, при обследова-
нии сердца) разовая доза может дости-
гать 0,5 Гр. В зубоврачебной практике
доза воздействия на голову и щитовид-
ную железу составляет соответственно
0,2—0,5 и 0,002—0,07 сГр. Доза облуче-
ния участков костного мозга измеряется
сотнями и тысячами микрогрей за про-
цедуру; при использовании соответству-
ющей аппаратуры и сверхчувствительной
пленки эта доза может быть уменьшена
в 5 раз и более. Средняя индивидуальная
доза за счет медицинских процедур со-
ставляет около 1,4 мЗв/год.
Вклад дозы, получаемой медиками,
занимающимися радиологическими об-
следованиями, в коллективную эффек-
тивную дозу населения в странах с вы-
соким уровнем медицинского обслужи-
вания составляет около 1 чел.-Зв на мил-
лион жителей.
Одним из источников искусственно-
го облучения человека являются послед-
ствия испытаний ядерного оружия. Мак-
симум испытаний приходится на два пе-
риода: первый — с 1954 по 1958 г., когда
взрывы проводили Великобритания,
США и СССР, и второй, более значи-
тельный — с 1961 по 1962 г., когда ядер-
ные взрывы проводили в основном США
и СССР. В результате испытаний ядер-
ного оружия выпадают радиоактивные
осадки: часть из них — неподалеку от
места испытания, а другая часть перено-
сится ветром на большие расстояния.
После подписания в 1963 г. Договора,
запрещающего испытания ядерного ору-
жия в атмосфере, под водой и в космосе,
проводятся подземные испытания, но они
обычно не сопровождаются образованием
радиоактивных осадков.
Источником облучения являются
и атомные электростанции, хотя в на-
стоящее время их вклад в суммарное об-
лучение населения весьма незначителен.
При нормальной работе ядерных устано-
вок выбросы радиоактивных материалов
в окружающую среду достаточно низкие;
средняя эффективная эквивалентная доза
для персонала промышленных реакторов
составляет 7,5—10 мЗв/год, а для населе-
ния, проживающего вблизи АЭС, —
от 0,002 до 0,01 мЗв/год. Однако всегда
следует помнить о существовании опас-
ности аварий, последствия которых мо-
гут привести к значительно более высо-
ким дозам облучения. Радиационные за-
грязнения, связанные с технологически
нормальным ядерным топливным цик-
лом, имеют локальный характер и до-
ступны для контроля, изоляции и пре-
дотвращения эмиссий. Многолетние си-
стематические измерения и контроль ра-
диационной обстановки не обнаружили
серьезного влияния АЭС на состояние
объектов окружающей природной среды.
Дозы облучения населения, проживаю-
щего в окрестностях АЭС, не превыша-
ют 10 мкЗв/год, что в 100 раз меньше
установленного допустимого уровня.
1.2. ИСТОЧНИКИ
РАДИОАКТИВНЫХ
ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА АЭС
Основным источником ионизирующих
излучений на АЭС является ядерный реак-
тор. При цепной реакции деления тяже-
лых ядер образуется большое количество
радионуклидов различной степени актив-
ности. Работа реакторной установки АЭС
сопровождается радиоактивными загрязне-
ниями внутренних и наружных поверхно-
стей оборудования первого контура, а так-
же поверхностей тех помещений, где оно
расположено. Источниками радиоактивного
загрязнения контура могут служить дефект-
ные твэлы и продукты коррозии, а также
продукты износа движущихся частей обо-
рудования. Продукты коррозии и износа
переносятся теплоносителем по контуру
и активируются нейтронами в активной
зоне ядерного реактора.
Все радиоактивно загрязненные мате-
риалы можно разделить на две категории:
материалы, активированные нейтрона-
ми, и материалы, загрязненные радио-
нуклидами.
Материалы, активированные нейтро-
нами, расположены непосредственно в ак-
тивной зоне реактора или около нее и под-
вержены воздействию нейтронного по-
тока. Активная зона реактора — наибо-
лее активированная часть реакторной
установки. Биологическая защита, кото-
рая является частью реактора и обычно
представляет собой бетонную армирован-
ную конструкцию, подвергается воздей-
ствию относительно низких нейтронных
потоков.
Загрязнение материалов радионуклида-
ми является следствием переноса с тепло-
носителем активированных продуктов кор-
розии и эрозии, а также результатом выхо-
да частиц облученного ядерного топлива
и продуктов деления через дефекты обо-
лочки тепловыделяющих элементов.
Кроме того, загрязнение происходит
вследствие утечек радиоактивного тепло-
носителя первого контура ядерного реак-
тора, при обращении и хранении радио-
активных отходов, обслуживании обору-
дования и выполнении ремонтных работ,
перегрузке ядерного топлива и т. д. За-
грязнение воздуха может привести к осаж-
дению радиоактивных веществ на стенах,
потолках и в системах вентиляции.
Активация внутренних поверхностей
контура происходит прежде всего пото-
му, что радиоактивные нуклиды, входя-
щие в состав продуктов коррозии, раз-
носятся теплоносителем по контуру: часть
из них (40—50 %) внедряется в оксидную
пленку, которой покрыты внутренние
поверхности оборудования и трубопро-
водов; часть (около 40 %) в виде осадков
и грубых взвесей скапливается в застой-
ных зонах (щелях, тупиковых полостях
и т. п.), образуя на оборудовании места
с высокой активностью — так называемые
горячие пятна; небольшая часть (10—20 %)
выводится из контура системой очистки
теплоносителя с организованными и не-
организованными протечками.
Радиоактивное загрязнение наружных
поверхностей контура может вызываться
либо попаданием на поверхность радио-
активной пыли или аэрозолей, либо не-
посредственным контактом поверхности
с радиоактивным веществом. Как прави-
ло, основная доля поверхностной актив-
ности оборудования обусловливается ак-
тивированными продуктами коррозии
(табл. 1.1), причем эти продукты могут
быть как прочно внедренными в тонкую
оксидную пленку, так и более свободно
связанными с поверхностью. Таким же
образом связаны и радиоактивные веще-
ства, попавшие в теплоноситель из де-
фектных твэлов. Практика показывает,
что надежная дезактивация оборудования
и трубопроводов может быть обеспечена
только после растворения и удаления ок-
сидной поверхностной пленки.
Таблица 1.1. Некоторые реакции активации
Материнский нуклид Ядерная реакция Дочерний нуклид Основное излучение Период полураспада дочернего нуклида, лет
Li-6 /?. a н-з ₽ 12.3
С-13 /7.7 С-14 - 5730
N-14 /7, p С-14 - 5730
Na-23 /7. 2/7 Na-22 Р+.ЕС 2.6
Na-23 Y. /7 Na-22 Р+.ЕС 2.6
Cl-35 /7. у Cl-36 0-(р+,ЕС) 301 000
К-39 /7. p Аг-39 ₽’ 269
Са-40 и, у Са-41 ЕС 103 000
Fe-54 /7, p Мп-54 ЕС. у 0.86
Mn-55 n.2n Мп-54 ЕС. у 0.86
Fe-54 11. у Fe-55 ЕС.Х 2.7
Ni-58 11. у Ni-59 ЕС.Х 76 000
Ni-62 /7.7 Ni-63 100
Окончание табл. 1.1
Материнский нуклид Ядерная реакция Дочернин нуклид Основное излучение Период полураспада дочернего нуклида, лет
Со-59 /7. у Со-60 Р"Л 5,3
Zn-64 77, у Zn-65 EC. [Г 0,67
Zr-92 /7, у Zr-93 ₽’ 1 500000
Mo-92 77, у Mo-93 EC, X 3500
Nb-93 Я, Y Nb-94 Р'Л 20 000
Mo-94 п,Р Nb-94 Р’Л 20000
Mo-98 п, у Tc-99 P~ 213 000
Ag-107 "Л Ag-108m EC. у 130
Ag-109 77. у Ag-llOm Р'Л 0.68
Sn-124 77. у Sb-125 P’-Y 2.76
Ba-132 77. У Ba-133 EC. X. у 10.5
Eu-151 77. у Eu-152 EC. X. p’.y 13.5
Eu-153 /7. у Eu-154 p-y.X. 8.6
Eu-154 /7. у Eu-155 Г y.X. 4.76
Ho-165 ₽-.У.Х Ho-166m P’ у. X. 1200
Примечание. X — рентгеновское излучение. ЕС — электронный захват.
Активированные нейтронами компо-
ненты вносят, безусловно, существен-
ный вклад в общую составляющую
радиоактивного загрязнения на АЭС:
для реактора, проработавшего в тече-
ние нескольких десятилетий, — до со-
тен тысяч тетабеккерелей. Нейтронный
поток может активировать компоненты
я дерн ой установки, расположенные за
пределами активной зоны реактора, на-
пример стены приреакторного бассейна
выдержки.
Радиоактивность, накопленная на
АЭС с достаточно долгой эксплуатаци-
Рис. 1.1. Процесс активации и переноса продуктов коррозии
онной историей, определяется в первую
очередь изотопом с сильным гамма-
излучением.
Основную активность на внутренних
поверхностях первого контура создают
60Со, 58Со, 51Сг, 54Мп и другие радио-
нуклиды, образующиеся под влиянием
нейтронного облучения внутриреактор-
ных материалов, главным образом стали.
Кроме того, металлы, входящие в состав
первого контура, подвергаются коррозии;
их частицы попадают в теплоноситель и,
проходя через активную зону, также под-
вергаются облучению нейтронами. Затем
активированные продукты коррозии
осаждаются на поверхности оборудова-
ния и трубопроводов (рис. 1.1).
Различают следующие виды загрязне-
ний: нефиксированное, слабофиксирован-
ное и прочнофиксированное.
Нефиксированное загрязнение вызвано
адгезионным процессом и характеризует-
ся наличием границы раздела между радио-
активным веществом и поверхностью.
Слабофиксированное загрязнение вы-
звано в основном адсорбцией нуклидов
и ионным обменом; характеризуется
загрязнением поверхностного слоя.
Прочнофиксированное загрязнение свя-
зано с коррозионными процессами,
образованием оксидной пленки и диффу-
зией; характеризуется загрязнением глу-
бинных слоев.
На практике возможно сочетание раз-
личных видов загрязнений. Например,
при попадании радиоактивных капель на
поверхность первоначально имеет место
адгезия, и дезактивация может быть осу-
ществлена простым удалением капель;
если капли остаются на поверхности более
длительное время, радиоактивные нук-
лиды могут адсорбироваться на поверх-
ности, и в дальнейшем может начаться
их диффузия, сопровождаемая в ряде слу-
чаев коррозией материала поверхности.
Радиоактивное загрязнение внутрен-
них и внешних поверхностей компонен-
тов атомных электростанций происходит
в результате транспортировки и (или)
растворения активированных продуктов
коррозии и эрозии, а также продуктов
деления и актинидов.
Загрязнение оборудования турбинной
установки может стать достаточно серь-
езной проблемой для атомных электро-
станций с одноконтурными реакторны-
ми установками (BWR и РБМК). За-
грязнение происходит в конструкциях ак-
тивной зоны реактора, первичном контуре
(особенно трубопроводах парогенератора
или барабана-сепаратора), вспомогатель-
ных контурах и связанном с ними обо-
рудовании.
Однако радиоактивное загрязнение мо-
жет быть обнаружено и во вторичных
контурах, и вне этих систем.
Более того, загрязнение может встре-
чаться на любых поверхностях, особен-
но в местах расположения оборудования
для перегрузки ядерного топлива, бас-
сейнах выдержки, а также на оборудова-
нии для обращения и хранения радио-
активных сбросов и отходов.
Слой коррозионной пленки, образу-
ющийся в течение эксплуатации ядерно-
го реактора на большинстве металличе-
ских поверхностей и состоящий из ок-
сидов структурных элементов, подвер-
гается воздействию высокого давления
и температуры. Он эродирует и, вместе
со средой теплопередачи, транспорти-
руется к областям высоких нейтронных
потоков в пределах активной зоны ре-
актора. Здесь оксиды могут отлагаться
и затем активироваться нейтронами
с последующим формированием продук-
тов активации, а после эрозии транс-
портироваться в реакторных системах
и откладываться на внутренних поверх-
ностях.
Природа коррозионного слоя разли-
чается в зависимости от типа реактора,
и это различие должно учитываться при
подготовке к демонтажу реактора, напри-
мер при дезактивации. В трубопроводах
загрязнение, скорей всего, будет скон-
центрировано в местах неоднородности
потока жидкости, например в изгибах или
тройниках. Загрязнение также имеет тен-
денцию образовываться на грубых по-
верхностях, например на окисленных ча-
стях металла.
Продукты деления и актиниды могут
присутствовать и в оборудовании реак-
торной установки в результате поврежде-
ний ядерного топлива. Если на реактор-
ной установке в течение срока эксплуата-
ции происходили какие-либо инциденты,
может быть обнаружено значительно
большее количество продуктов деления
и актинидов.
Радиоактивное загрязнение, как пра-
вило, образуется на поверхности обору-
дования и не проникает очень глубоко
(за исключением радиоактивного загряз-
нения бетона). Поверхностное распреде-
ление радиоактивного загрязнения не
гомогенно. Накопление может происхо-
дить на стенах или на полу, за или под
оборудованием, которое должно быть
удалено при демонтаже (двигатели,
кабели, трубопроводы и сосуды, особен-
но если случались протечки или вытека-
ние сред).
Поверхностное загрязнение бетона,
как правило, ограничивается террито-
рией атомной электростанции, где про-
исходили выбросы радиоактивных жид-
костей и аэрозолей; самые распростра-
нённые радионуклиды в таких случаях —
137 Cs, 90Sr и 60Со. Изотопы радиоак-
тивного цезия в основном поглощают-
ся незащищённым бетоном (или бетон-
ными поверхностями, потерявшими за-
щитные покрытия краской) в отличие
от других радионуклидов из-за особен-
ностей цезия, который вступает в реак-
цию ионного обмена с минеральными
включениями в бетоне. Порядок значе-
ний загрязнения бетонных поверхнос-
тей обычно 1 ТБк.
Основными продуктами активации,
накопленными в стальных конструкци-
ях реактора, являются 55Fe, 60Со, 59Ni,
63Ni, 39Аг, 94Nb, в железобетонных — 3Н,
14С, 41Са, 55Fe, 60Со, 152Eu, 154Eu, в гра-
фитовой кладке — 3Н, l4C, l52Eu и l54Eu.
Радионуклид 60Со является самым пре-
обладающим и определяет уровень ради-
ационной обстановки остановленного
ядерного реактора. Для сталей радионук-
лиды 55Fe и 60Со составляют большую
часть загрязнения в течение первых де-
сяти лет после останова реактора. Через
50 лет большая часть радионуклидов рас-
падётся, останутся в основном долгожи-
вущий никель, ниобий и изотопы сереб-
ра. Для графита и бетона краткосрочный
распад характеризуется 3Н; долгоживу-
щие 14С, 41Са и изотопы Ей будут преоб-
ладать в длительной перспективе.
Кроме ядерного реактора и оборудо-
вания первого контура, мощным источ-
ником ионизирующих излучений явля-
ются: бассейны выдержки с отработав-
шим ядернЫхМ топливом; системы спец-
водоочистки и их оборудование; детали
и механизмы системы управления защи-
той; датчики внутриреакторного и радиа-
ционного технологического контроля,
связанные с измерением параметров пер-
вого контура.
Отработавшее ядерное топливо обла-
дает очень высокой активностью. Для
того чтобы эта активность несколько сни-
зилась за счет распада продуктов деле-
ния, обладающих короткими периодами
полураспада, оно хранится некоторое вре-
мя на атомных электростанциях в бас-
сейнах выдержки. Затем его отправляют
в специальных транспортных контейне-
рах либо в хранилище отработавшего
ядерного топлива (ХОЯТ), либо на заво-
ды по переработке.
Второй контур и различные вспомо-
гательные технологические контуры мо-
гут быть источниками излучения, если
в них будет происходить протечка теп-
лоносителя из основного технологиче-
ского контура (например, при разгерме-
тизации коллектора или теплообмен-
ных трубок в парогенераторе).
Кроме внешнего нейтронного и гам-
ма-излучения, радиационную обстанов-
ку на АЭС определяют радиоактивные
газы и аэрозоли, присутствующие в воз-
духе рабочих помещений. Они выделя-
ются в результате протечек технологи-
ческих сред атомных электростанций или
при вскрытии оборудования технологи-
ческих контуров для ремонта.
Опыт эксплуатации отечественных и
зарубежных атомных электростанций
показывает, что внешним облучением от
радиоактивных продуктов в воздухе ра-
бочих помещений можно пренебречь.
Доза внутреннего облучения на 70—80 %
обусловлена ингаляционным поступле-
нием изотопа 60Со в составе аэрозолей,
но для основной массы персонала не пре-
вышает 1 мЗв/год.
Нарушение правил техники безопас-
ности, особенно при проведении свароч-
ных работ, может привести к ожидае-
мой дозе внутреннего облучения до
5 мЗв/год.
1.3. АКТИВНАЯ ЗОНА РЕАКТОРА
КАК ИСТОЧНИК ИОНИЗИРУЮЩИХ
ИЗЛУЧЕНИЙ
Источником энергии, производимой
в ядерном реакторе, являются протекаю-
щие в его активной зоне процессы, про-
исходящие при столкновениях ядер меж-
ду собой или при их взаимодействии
с частицами либо гамма-квантами. Эти
процессы можно условно разделить на
рассеяние и ядерные реакции. И в том,
и в другом случаях может появляться но-
вое излучение. При рассеянии состав стал-
кивающихся частиц не изменяется, но
они могут как изменять направление дви-
жения, так и оказываться в возбужден-
ном состоянии. Возбужденные состояния
приводят к испусканию гамма-квантов.
При ядерных реакциях в ядро попадает
одна частица, а вылетает одна или не-
сколько других частиц, и исходное ядро
превращается в другое или несколько
других.
В ядерном реакторе протекает множе-
ство видов ядерных реакций. Важнейшей
из них, на которой основана работа ядер-
ного реактора, является (я,/)-реакция —
реакция деления под действием нейтро-
нов. В большинстве типов реакторов для
получения энергии используется реакция
деления2 i5U под действием тепловых ней-
тронов, т. е. нейтронов, которые в резуль-
тате многократных рассеяний в веществе
пришли в тепловое равновесие с веществом.
При воздействии нейтронов ядро 235U
разделяется на два примерно равных по
массе осколка. При этом практически сразу
обычно вылетают от двух до четырех ней-
тронов, которые называют мгновенными.
Масса, заряд и энергия возбуждения
осколков, образующихся при делении
одинаковых ядер, различны. Число ней-
тронов, рожденных в одном акте деле-
ния, также варьируется. В одном акте де-
ления 235U под действием тепловых ней-
тронов возникает в среднем 2,5 нейтро-
на, которые имеют энергию, значительно
превосходящую энергию тепловых ней-
тронов. Такие нейтроны не могут вы-
звать новой реакции деления при взаи-
модействии с ядром 235U. Эти нейтроны
необходимо замедлить. Для этого их про-
пускают через замедлитель (вода в реак-
торах типа ВВЭР или графит в реакто-
рах типа РБМК), где нейтроны теряют
свою энергию в упругих столкновениях
с ядрами водорода или углерода. Замед-
лившиеся до тепловых скоростей ней-
троны поглощаются ядрами, что приво-
дит к их делению и испусканию новых
нейтронов, и все повторяется сначала. Так
идет цепная реакция деления. Ход этой
реакции регулируется управляющими
стержнями, которые содержат элементы,
активно поглощающие нейтроны.
При делении каждого ядра 235U выде-
ляется энергия примерно в 200 МэВ. Часть
этой энергии — около 165 МэВ — пере-
дается осколкам в виде кинетической
энергии и примерно 5 МэВ — мгновен-
ным нейтронам. Мгновенное гамма-
излучение забирает около 8 МэВ. При
распаде осколков бета-частицам достает-
ся в среднем 9 МэВ, антинейтрино уно-
сят примерно 10 МэВ и гамма-излуче-
ние в цепочках бета-распадов осколков
(запаздывающее гамма-излучение) — око-
ло 7 МэВ. Почти вся энергия деления,
кроме доли, приходящейся на нейтрино,
поглощается активной зоной и материа-
лами защиты реактора, вызывая нагрев
теплоносителя и элементов конструкции
реактора. Часть излучения может выходить
за пределы биологической защиты реактора
и приводить к облучению персонала.
При работе реактора на мощности его
активная зона является источником ней-
тронов и гамма-излучения. Другие виды
излучения, образующиеся в активной
зоне, не выходят за ее пределы, и их
можно не принимать во внимание. Ког-
да реактор остановлен, его активная зона
является, в основном, источником толь-
ко гамма-излучения (табл. 1.2).
В активной зоне работающего реактора
нейтроны бывают четырех видов:
мгновенные, сопровождающие процесс
деления ядер;
запаздывающие, испускающиеся си*ть-
но возбужденными ядрами при бета-рас-
падах осколков деления (при энергиях
возбуждения, превышающих энергию
связи нейтрона в ядре, возможно вместо
гамма-кванта испускание нейтрона, ко-
торый и называется запаздывающим);
таких нейтронов немного: всего при де-
лении различных ядер их возникает от
Таблица 1.2. Основные виды излучений на АЭС
Элемент реакторной установки Работающий реактор Остановленный реактор
Нейтроны Г амма-излучение Нейтроны Г амма-излученне
Активная зона мгновенные мгновенное: короткожив}7 щих продуктов деления: захватное: неупругого рассеяния фотонейтроны долгоживущих продуктов деления: продуктов активации
Защита мгновенные захватное: неупругого рассеяния: продуктов активации фотонейтроны продуктов активации
Технологи- ческий контур запаздывающие продуктов активации: неупругого рассеяния: продуктов реакций: тормозное излучение; аннигиляционное фотонейтроны долгоживущих продуков деления; продуктов активации: тормозное излучение: аннигиляционное
0,002 до 0,007 нейтрона на деление, а перио-
ды полураспада испускающих их продук-
тов деления составляют от 0,18 до 54,5 с;
нейтроны активации, которые обра-
зуются при радиоактивном распаде про-
дуктов ядерных реакций, протекающих
в активной зоне. Стабильный изотоп 17О,
которого в естественной смеси 0,037 %,
в результате (л, р)-реакции превращается
в 17N. При бета-распаде 17N с периодом
полураспада 4,2 с получается сильно воз-
бужденное ядро 17О, которое испытыва-
ет ядерное превращение, сопровождаю-
щееся испусканием нейтрона;
фотонейгроны, возникающие при (у, я)-
реакциях. Вместе с основным изотопом
водорода в воде содержится еще один его
стабильный изотоп — дейтерий 2Н, у ко-
торого энергия связи протона и нейтро-
на равна всего 2,25 МэВ. Фотонов, спо-
собных расщепить ядро дейтерия в ак-
тивной зоне, достаточно много, и хотя
в естественной смеси содержится только
0,0148 % изотопов дейтерия, реакция все-
таки заметна.
Когда реактор остановлен, тепловые
нейтроны, вызывающие деление, прак-
тически не появляются, и мгновенные
нейтроны исчезают. Через некоторое вре-
мя исчезают запаздывающие нейтроны
и нейтроны активации. Фотонейтроны
остаются в качестве основного вида ней-
тронов в активной зоне, но здесь стано-
вятся заметными другие источники ней-
тронов. Один из них — спонтанное де-
ление 238Ри. Накопившиеся в топливе
238Pu, 240Pu, 242Ри, а также некоторые изо-
топы кюрия и калифорния также явля-
ются источниками нейтронов спонтанного
деления. Кроме того, в топливе накап-
ливается много актиноидов, являющихся
альфа-излучателями, и поскольку эти
излучатели окружены атомами кислоро-
да (исходное топливо — двуокись урана
UO2), велика вероятность (а, ^-реак-
ции на кислороде.
Виды гамма-излучения работающего
реактора более многочисленны, чем виды
нейтронов. К ним относятся:
мгновенное гамма-излучение, сопро-
вождающее процесс деления ядер; на его
долю приходится от 7 до 8 МэВ энер-
гии, выделяющейся при одном делении;
запаздывающее гамма-излучение ко-
роткоживущих продуктов деления, кото-
рое испускается в первые 10 мин после
деления; на его долю приходится около
5,5 МэВ, а интенсивность через 10 мин
уменьшается почти вдвое;
запаздывающее гамма-излучение дол-
гоживущих продуктов деления; интен-
сивность этого излучения (по сравнению
с интенсивностью 10-минутной выдерж-
ки после останова реактора) уменьшает-
ся в 10 раз за 10 суток и еще в 10 раз
через полгода;
захватное гамма-излучение, характери-
зующее захват тепловых нейтронов (л, у),
не вызвавших деление; на один акт за-
хвата выделяется энергия, примерно рав-
ная энергии связи, приходящейся на один
нуклон в ядре, — 7 ... 8 МэВ;
гамма-излучение, сопровождающее
неупругое рассеяние нейтронов (л, л')
на материалах активной зоны;
гамма-излучение, сопровождающее
(и,рУ, (п, ос)-, (и, 2л)-реакции;
излучение продуктов активации, воз-
никающих в материалах активной зоны,
теплоносителе и его примесях, а также
продуктов коррозии, переносимых теп-
лоносителем через активную зону;
излучение, сопровождающее анниги-
ляцию позитронов;
тормозное излучение, образующееся при
торможении быстрых электронов в элект-
рическом поле атомных ядер активной зоны.
Для работающего реактора основны-
ми источниками являются мгновенное,
запаздывающее излучение короткоживу-
щих продуктов деления и захватное гам-
ма-излучение. Когда реактор остановлен,
на первый план выходит запаздывающее
излучение долгоживущих продуктов де-
ления и становится заметным излучение
продуктов активации.
Биологическая защита ядерного реакто-
ра обычно проектируется в виде чередую-
щихся слоев легких и тяжелых элементов.
Гамма-излучение из активной зоны, по-
падая в легкую водородсодержащую сре-
ду, может вызвать появление нейтронов
по реакции с дейтерием 2Н(у , лрН. Это
фотонейтроны. Они рождаются в защите
как работающего, так и остановленного ре-
актора.
Нейтронное излучение из активной
зоны захватывается конструкционными
материалами защиты и порождает захват-
ное гамма-излучение по реакции (и,у).
При неупругом рассеянии (и, п ) на тяже-
лых элементах защиты возникает гамма-
излучение неупругого рассеяния. Так же,
как и в активной зоне, появляется гамма-
излучение продуктов активации материа-
лов нейтронами и аннигиляционное из-
лучение. Для остановленного реактора,
когда нейтронный поток исчезает, остает-
ся только гамма-излучение продуктов ак-
тивации. Набор чередующихся слоев за-
щиты позволяет эффективно ослаблять
в легких материалах нейтронное излуче-
ние, а в тяжелых — гамма-излучение.
1.4. ВИДЫ АКТИВНОСТИ
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Теплоноситель и присутствующие или
поступающие в него при работе реактора
примеси, попадая в процессе циркуля-
ции в зону облучения нейтронами, при-
обретают радиоактивность, так как на
ядрах вещества теплоносителя и приме-
сей могут происходить (л, у )-, (л, р)-
и (л, а )-реакции. Теплоноситель стано-
вится источником гамма-излучения
(бета-частицы, образующиеся при распаде
активных ядер, не выходят за пределы
оборудования, по которому циркулирует
теплоноситель). Дополнительным источ-
ником гамма-излучения теплоносителя
могут служить продукты деления, посту-
пающие в него при нарушении герме-
тичности оболочек твэлов. Источниками
ионизирующего излучения являются так-
же трубопроводы и оборудование перво-
го контура (главные циркуляционные
насосы, парогенераторы, компенсаторы
объема и т. д.), так как внутри них нахо-
дится радиоактивный теплоноситель.
Активность теплоносителя обусловлена
собственной, осколочной и коррозион-
ной активностями. Ее непосредственны-
ми носителями служат элементы обору-
дования первого контура, оборудование
вспомогательных контуров АЭС и в не-
которой степени оборудование второго
контура АЭС.
Активность теплоносителя первого
контура является исходным показателехМ
для определения активности в отдельных
элементах технологической схемы АЭС.
Собственная (кислородная) активность
теплоносителя первого контура опреде-
ляется взаимодействием в активной зоне
потока нейтронов с изотопами кислоро-
да, входящего в состав молекул воды,
в основном в соответствии с реакцией
16О(л, p)16N. Определяющую активность
теплоносителя в первом контуре реакто-
ров обусловливает высокоэнергетическое
излучение короткоживущего нуклида 16N,
образующегося под действием нейтронов
с энергией выше 10 МэВ. Собственная
активность теплоносителя при работе реак-
тора достигает 10-1 Ки/л (3,7 • 109 Бк/л),
а мощность дозы гамма-излучения вплот-
ную к трубопроводу первого контура —
100 рад/ч (1 Гр/ч). После остановки ре-
актора активность азота-16 быстро сни-
жается. Взаимодействие быстрых ней-
тронов с другим изотопом кислорода 17О
приводит к образованию 17N, распадаю-
щегося (период полураспада 4,2 с) с ис-
пусканием нейтронов. Приведенные ре-
акции являются реакциями активации
нейтронами ядер теплоносителя, при этом
распад образующихся нуклидов обуслов-
ливает собственную активность тепло-
носителя.
Осколочная активность. При работе
АЭС с реакторами типа ВВЭР возможно
попадание осколков деления 235U в теп-
лоноситель первого контура в результа-
те: выхода в контур за счет кинетиче-
ской энергии ядер-осколков 235U в про-
цессе деления топлива, присутствующего
на внешних поверхностях твэлов в качестве
загрязнений, возникающих при изготов-
лении твэлов; выделения газообразных
летучих (при рабочих температурах
топливной композиции) изотопов продук-
тов деления из-под оболочки, через микро-
дефекты в оболочках твэлов (газовая не-
плотность твэлов), появляющиеся в про-
цессе работы реактора за счет воздействия
радиационного излучения и нарушения
водного режима теплоносителя первого
контура; выхода всего спектра осколков
деления в контур при прямом контакте
теплоносителя с топливом, возникающе-
го в случае значительного повреждения
оболочек твэлов.
Наведенная (коррозионная) активность
теплоносителя представляет собой актив-
ность примесей, включающих в себя ми-
неральные соли (особенно соли натрия),
растворенные газы (аргон и др.) и про-
дукты коррозии (оксиды железа, никеля,
кобальта, хрома и пр.), попадающие
в теплоноситель при их смыве с конст-
рукционных элементов и внутренних по-
верхностей трубопроводов. Основной
вклад в этот вид активности теплоноси-
теля после остановки реактора вносят ак-
тивированные продукты коррозии. Хотя
в качестве конструкционных материалов
ядерных реакторов применяют коррози-
онностойкие стали, все же они при тем-
пературе воды около 300 ° С корродиру-
ют со скоростью до 0,001 м/год. Вместе
с теплоносителем продукты коррозии пе-
реносятся по технологическому контуру
АЭС, в том числе через активную зону
реактора; при этом часть из них осажда-
ется на поверхностях конструкций актив-
ной зоны, например на твэлах, и под-
вергается облучению нейтронами. Опре-
деленная доля образовавшихся радионук-
лидов в результате растворения пленки
отложений поступает с поверхности твэ-
лов в теплоноситель и вместе с ним вы-
носится за пределы активной зоны. За-
тем активированные продукты коррозии
могут осесть на поверхности оборудова-
ния технологического контура вне зоны
облучения нейтронами и образовать пленку
активных отложении на внутренних по-
верхностях парогенераторов, насосов, ба-
рабанов-сепараторов, арматуры, трубопро-
водов и др.
Основной вклад в коррозионную ак-
тивность теплоносителя, содержащего
нуклиды 58Со, 60Со, 59Fe, 51Сг, 56Мп,
54Мп, дает активация пленки продуктов
коррозии в активной зоне. Активация
конструкционного материала с последу-
ющей его эмиссией в воду определяет
накопление в контуре активности, обус-
лоаченной наличием изотопов циркония.
Кроме того, не исключена возмож-
ность присутствия в теплоносителе пер-
вого контура следов трансурановых эле-
ментов из-за возможного нарушения гер-
метичности оболочек твэлов. Например,
для реактора ВВЭР изотопный состав
трансурановых элементов в первом кон-
туре примерно следующий: 239Ри — 50 %;
241 Ат и 242Ст — 30 %, изотопы урана —
20 %. Удельная активность теплоносите-
ля первого контура, обусловленная на-
личием в нем трансурановых элементов,
состааляет 10-9 — 10“10 Ки/л, т. е. нахо-
дится на уровне предельно допустимых
концентраций и может не учитываться.
Контур теплоносителя и технологиче-
ские системы сконструированы таким об-
разом, чтобы обеспечить изоляцию радио-
нуклидов, попавших через дефекты в обо-
лочках твэлов. Для этого часть теплоносителя
непрерывно направляется в специальную
систему водоочистки. На АЭС с ВВЭР-440
количество теплоносителя, идущего на очи-
стку, составляет 20 т/ч, с ВВЭР-1000 —
приблизительно 60 т/ч, т. е. около 10 %
общего количества теплоносителя первого
контура за 1 ч. Главным элементом спец-
водоочистки является ионообменный
фильтр, который улавливает в той или
иной степени все радионуклиды, кроме
инертных радиоактивных газов (ИРГ)
и трития. На реакторе ВВЭР-1000 допол-
нительно производится дегазация очЙЩа-
емого теплоносителя для удаления газо-
образных и летучих продуктов деления.
Из барботажного и других баков и емко-
стей с жидкими радиоактивными среда-
ми сдувки газов направляют в специаль-
ную систему газоочистки.
Во время эксплуатации АЭС могут
иметь место неорганизованные протечки
теплоносителя через различные неплот-
ности фланцевых соединений и приво-
дов запорной арматуры первого контура.
Проектное значение их не превышает
100—200 кг/ч, а фактическое находится
в пределах 5—50 кг/ч. Истечение воды со-
провождается парообразованием. С об-
разующимся паром в воздух помещений
будут выходить практически все ИРГ
и тритий.
Активность, обусловленная накопле-
нием активных нуклидов в технологи-
ческих элементах АЭС, рассчитывается
на основе решения балансового диффе-
ренциального уравнения
dt
где Q(t) — полная активность нуклида
в рассматриваемом технологическом эле-
менте АЭС; a(t) и b(t) — скорость роста
и скорость снижения активности в рас-
сматриваемом элементе, соответственно.
Для расчета рекомендуется использо-
вать известные программы определения
накопленной активное™ отдельных нукли-
дов из рассматриваемой их смеси, изме-
нения ее во времени, а также изменения
суммарной активности рассматриваемых
нуклидов (в том числе по составляющим
активности газообразных и твердых ве-
ществ) в отдельных элементах техноло-
гических схем при протекании большин-
ства технологических процессов. При этом
рассматриваются основные активные нук-
лиды с осколочной и коррозионной ак-
тивностями, существенные с точки зре-
ния радиационной безопасности.
Для переходных режимов при откло-
нении технологических процессов от но-
минального, а также для аварийных си-
туаций программы позволяют оценить
изменение активности и соответствую-
щее изменение радиационной обстанов-
ки в помещениях АЭС.
Определение параметров спектра гам-
ма-излучения смеси радионуклидов сво-
дится к нахождению гамма-акгивности
в каждом интервале энергии гамма-кван-
тов, эффективности энергии излучения
для данного интервала, суммарной гам-
ма-активности всего спектра нуклидов.
Рекомендуется использовать пятигруп-
повое приближение со следующими ин-
тервалами энергии: первая группа —
0,03...0,3 МэВ; вторая — 0,3...0,6 МэВ;
третья — 0,6...1,2 МэВ; четвертая —
1,2...1,8 МэВ; пятая — более 1,8 МэВ.
Скорость изменения числа радиоак-
тивных ядер 7-го нуклида nf в объеме топ-
лива при работе реактора под нагрузкой
где / — скорость убыли 7-х ядер; Qt —
скорость образования 7-х ядер:
O,=Nwvt: (1.2)
здесь 7V— тепловая мощность реактора,
Вт; w = 3,1 • 10101/(Вт - с); v — число ядер
7-го осколка, приходящихся на один акт
деления исходного ядра.
Скорость убыли
=(Х,+^)л,, (1.3)
где X,- — постоянная распада 7-го нукли-
да, 1/с; Р. — вероятность утечки 7-го нук-
лида из-под оболочки негерметичного
твэла в теплоноситель, 1/с.
С учетом (1.2) и (1.3) уравнение (1.1)
можно записать в виде
= (1.4)
at
Решение (1.4) для нулевых гранич-
ных условий имеет вид
= (1.5)
При длительной работе реактора
(kz + /J )z»1, концентрация активных
нуклидов л, достигает насыщения, т. е.
Для долгоживущих нуклидов
(X, +Pt)t« 1, т. е.
nt = NwVjt. (1.7)
Активность, обусловленная наличи-
ем радиоактивного нуклида с концентра-
цией п-,
Д(/) = Х;н;(/). (1.8)
Для нулевых граничных условий,
исходя из (1.5) и (1.8), получаем
^1 (19)
Для активности насыщения, соответ-
ственно,
Для долгоживущих нуклидов
Aj (t) = Ум’уД,/. (1.11)
Уравнения (1.9)—(1.11) позволяют
получить активность, обусловленную /*-м
нуклидом, для всей топливной загрузки
ядерного реактора.
Если доля негерметичных твэлов рав-
на £ , то в единицу времени из ядерного
топлива в теплоноситель попадает /-Й
нуклид с активностью
^нг, ~
Вторым источником продуктов деле-
ния, поступающих в теплоноситель, яв-
ляется технологическое загрязнение по-
верхности твэлов составляющими ядер-
ного топлива с активностью
и’V
67, =--(/7/рД,).
3‘ 2М 1 1
где т — масса 2^U на поверхности обо-
лочек твэлов; М — масса полной загруз-
ки 2^и активной зоны реактора.
Очевидно, что в состав технологиче-
ского загрязнения входят 2^U и ^дРи,
однако составляющая активности, обу-
словленная их наличием, невелика, и ею
можно пренебречь.
Масса 2^U на оболочках твэлов
тп = aS,
где a — плотность загрязнения (для
a = 1(Г5 г/м2); 5 — площадь поверхнос-
ти твэлов.
Предполагается, что осколки и про-
дукты деления изотропно распределены
по углам вылета, т. е. только половина
из них поступает в теплоноситель. Сум-
марная активность /-х продуктов деле-
ния, выходящих в теплоноситель в еди-
ницу времени,
Qi ~ #нг, + #з, •
Накопление активности, обуслов-
ленной /-м продуктом деления в тепло-
носителе,
• -Qi~ (^0 + К + Ч)АН/ » (1-12)
at
где Лтн/ — активность теплоносителя,
обусловленная /*-м радионуклидом; =
= (Р/^оч/ ^тн \ Ф/ — эффективность очист-
ки теплоносителя от /-го радионуклида;
GO4 — расход теплоносителя, отбираемого
для очистки на фильтрах; Л/та — масса
теплоносителя; Хп = А?П1.Н£>П/Л/ТН ; £вын —
коэффициент выноса /-го радионуклида
паром; Dn — паропроизводительность
реактора.
Очевидно, что для некипящего реак-
тора Dn = 0; лп = 0 .
Для случая стационарной работы ре-
актора решение уравнения (1.12) имеет вид
Ан/') =
3/ Г1 - +'
^0 +^/ +^П L
Для случая достижения состояния на-
сыщения по /-му радионуклиду уравне-
ние (1.12) записывается как
=—^i—
Хо+Ху+Хн
С учетом массообмена радионуклида-
ми между теплоносителем и стенками
контура
-о =_______
(^0 + А )(У+Х/-)+оХ
где о — постоянная осаждения радио-
нуклида на стенки контура; у — посто-
янная смыва радионуклида из отложе-
ний на стенках в теплоноситель.
Инертные радиоактивные газы прак-
тически не удаляются системой очистки
и не осаждаются на стенках контура (л0 =0,
со = 0), т. е. в приложении к радиоактив-
ным газам активность теплоносителя,
обусловленная z-м нуклидом,
Полная активность теплоносителя, обу-
словленная значимыми радионуклидами,
п
Ан — Ан, •
/Л
Удельная активность теплоносителя
о 1П — JIH / А/ 1н.
Удельная активность пара (для кипя-
щего реактора)
ап — вынута •
Активность, обусловленная выносом
с паром в единицу времени,
Яп =ап^п — ^пАн-
Для радиоактивных газов
qr=q^”q”=q’
т. е. практически все радионуклиды, по-
падающие с газами в теплоноситель, уно-
сятся паром в турбину.
Активность /-го радионуклида на по-
верхностях контура, омываемых тепло-
носителем,
Собственная (кислородная) активность
водного теплоносителя определяется вза-
имодействием нейтронов с ядрами изо-
топного кислорода, а также бора, если
реактор имеет борное регулирование
(табл. 1.3).
Удельную активность водного тепло-
носителя, обусловленную /-м нуклидом
(без учета выгорания ядер после К цик-
лов циркуляции), можно оценить выра-
жением
, -(K+DIT
а, = I (1 - т)——• (1 •13)
l-e’v
где 1 = р|ф(£)ст, (£)</£; Р — ядерная кон-
центрация нуклида-мишени в тепло-
Таблица 1.3, Константы основных реакций активации воды и бора
Реакция Сечение активации, ПГ^м2 Период полураспада Тш Энергия гамма-квантов, МэВ
1бО(л. р)16 N 1,9 • 10"5 7.38 с 6,13; 7,12
16 0 (л, a)13 N 4- 10-8 10 мин 0,511
170(л, р)17 N 5.2 • КГ6 4,1с —
180(л. p)18F 8 • 10"6 111 мин 0,511
19О(л, у)19 О 2.1 • 10"* 29 с 0,20
170(л, а)14С 4,0 5568 лет —
10 В (л, 2а)3 Н 2 • 10’2 12.26 года —
носителе; Ф(Е) — усредненная плотность
потока нейтронов; а, (Е) — сечение ак-
тивации /-го нуклида-мишени; т — вре-
мя движения теплоносителя в зоне ней-
тронного облучения; АГ— число циклов
циркуляции; Т — период полного цикла
циркуляции; t' — время движения теп-
лоносителя от зоны облучения до рас-
четной точки.
С учетом очистки теплоносителя и
возможных утечек его из контура (1.13)
можно записать в виде
67, = / (1 — Т)------------е Х'' .
» ^оч (1 - Jl )+ ^ут f, f.
где л.() ---------—; G — объем уте-
° А / УТ J
1Н
чек из контура.
Зная тепловую хмощность реактора
(поток нейтронов), константы основных
реакций активации теплоносителя, посто-
янные распада для каждого /-го нуклида
и временные характеристики движения
теплоносителя по контуру, можно оце-
нить распределение собственной актив-
ности теплоносителя по контуру.
Расчет осколочной активности тепло-
носителя выполняется при условии из-
вестных геометрических характеристик
контура, активной зоны, топливной таб-
летки, числа твэлов в активной зоне, теп-
ловой мощности реактора, расхода теп-
лоносителя, отбираемого на очистку, объе-
ма неорганизованных утечек, степени
очистки теплоносителя на фильтрах.
Механизм загрязнения теплоносите-
ля продуктами деления через микроде-
фекты в твэлах может быть описан сле-
дующей системой уравнений:
Таблица 1.4. Коэффициенты миграции радионуклидов в теплоносителе
Радионуклид Ар, с’1 Koi, м/(см2-с) Ко2, М/(СМ2’С) Кс1, м^см^с) Kd, М/(СМ2’С)
Хе 1,3 • 1О40 0 0 0 0
I 1,3 • 1О’10 1(У5 10’5 10’” 10’”
54Мп — 4,6 • 10’7 2,8 • КГ8 1,8 • КГ* 1,8 • 10“$
—= KDMr + Кс1Мр + Кс2Ма -
at г
-^о1_^“ + ^о2'£Г + ^ + ^ф +
+(п + 2эф)Л/в;
F„
-^ = Ко1-^Мв-(Ксх+Х)Мр,
= Ко2^Ма~(Кс2 +k+Z)Ma:
~Г~ = + ^4 +£С1£>р +^с2^а ~
at
-^ol"J7’ + ^o2'JT" + ^ +'*-ф+П + ^эф j-D/
dEL , Fd i < ~\
= Kol-^De +Шр -(Х'с1 + 7. )Dp.
= Ko2%-De +Ша -«2 +/ +z)Da.
где Мв, Мр, Ма — общее число материн-
ских ядер /-го нуклида в теплоносите-
ле, на поверхности контура циркуля-
ции и на поверхности активной зоны
соответственно; De, Dp, Da — те же па-
раметры для дбчерних нуклидов; £о1,
А'о2, ^oi> ^о2 — постоянные осажде-
ния /-го материнского и дочернего нук-
лидов на поверхностях контура и ак-
тивной зоны соответственно, м/(см2 • с);
А?с1, Кс2 , КС1, Кс2 — постоянные смы-
ва /-го материнского и дочернего нук-
лидов с поверхностей контура и актив-
ной зоны соответственно, м/(см2 • с)
(табл. 1.4); Мт, Di — общее число ядер
/-го материнского и дочернего нукли-
дов в топливе; KD, KD — эффектив-
ные коэффициенты выхода продуктов
деления из микродефектов твэлов в
приложении к /-му материнскому и его
дочернему нуклидам, с-1; п — посто-
янная утечки теплоносителя из перво-
го контура, с-1; И— объем первого кон-
тура, м3; Ц> — постоянная очистки теп-
лоносителя на фильтрах; Z— постоянная
активации; 7зф= ZT/t; Т — время пол-
ного цикла циркуляции, с; t —- текущее
время, с; X, X' — постоянные распада
для материнских и дочерних ядер; F,
Fa — площади поверхностей контура
и активной зоны, м2.
Расчеты показывают, что, например,
наиболее заметный вклад в активность
теплоносителя реактора ВВЭР-1000 вносят
такие нуклиды, как 133Хе (приблизительно
3,7 • 108 Бк/см3); 1311 (1,35-107 Бк/см3); 137Cs
(7,4 • 105 Бк/см3) при суммарной актив-
ности теплоносителя, равной примерно
5,85- 108 Бк/см3.
Коррозионная активность теплоноси-
теля рассчитывается при известных зна-
чениях плотностей потоков тепловых
Таблица 1.5. Характеристики нуклидов, определяющих коррозионную активность
теплоносителя
Активируе- мый изотоп хМикросечение активации, 10 24 см2 Доля нуклида в естественной смеси Доля нуклида в материале системы Ядерная плотность, 1/см3 Активный изотоп Период полураспада Г»
50Cr 13.5 0,0431 0,20 7,82 5,Сг 27,7 сут
54Fe 1,43 0,0584 0,65 3.22 55Fe 2,72 года
58Fe 1.0 0.0031 0.65 1.71 59Fe 45,1 сут
55Mn 13.2 1,0 0,02 1,72 56Mn 2,58 ч
59Co 36.3 1,0 0,00077 5,62 “Со 5,27 года
94Zr 0.09 0,174 1,0 7,4 95Zr 64 сут
%Zr 0,1 0,028 1,0 1,19 97Zr 17 ч
58Ni 0.107 0,678 0.10 5,48 58 Co 70 сут
54Fe 0,267 0,0584 0,65 3,22 54Mn 312 сут
и быстрых нейтронов, площадей поверх-
ностей первого контура и элементов ре-
актора, а также скоростей коррозии эле-
ментов.
В табл. 1.5 приведены характеристи-
ки нуклидов, необходимые для расчета
коррозионной активности.
Скорость коррозии нержавеющей ста-
ли составляет 7,67 • 10~8 г/(м2 • с), цирко-
ния — 6,95 • 10-9 г/(м2 • с). Вероятность
осаждения продуктов коррозии на поверх-
ности равна примерно 3,5-10~5, вероят-
ность смыва их с поверхности — около
5-10-8.
Возможен учет выгорания отдельных
радионуклидов, что несколько повысит
точность расчета активности.
Динамика изменения активности теп-
лоносителя, обусловленная продуктами
коррозии элементов контура, может быть
представлена в следующем виде:
fdV,
—- = KclNp+Кс2Ма -
at
( F F \
- >-Aoi—+/^2— Л’в +С1Л;
I 6 O1 j F J О К p 7
dVp Fp
-/ = a'01-^4-a:c1.vp;
= a.'o2—\гв-кс2.\’а:
dt 02 ve c2 a
(kb
i ~~ в + p + —
at
( F F \
~^-ф +^O1 ~p~ + ^o2~p~+ ^jne +
f ZCKFr,(l-Af)
Л
& ~ ^oi j7 ne ~(Aci + p.
^-=ко2^-пв+гха-(ко2+к)Па
где N, N, N и п , п , п — число ядер-
мишеней и радиоактивных ядер нукли-
дов в воде, на поверхностях контура и ак-
тивной зоны соответственно; Ск — ско-
рость коррозии данного материала.
Для установившегося режима работы
реакторной установки при t ->оо реше-
ние системы имеет вид:
ДГ _ 41 ^^Р .
Р 41 Ч
дг _ 42 .
° 42 У Ч ’
„ _ с*?р Fa Ко2 1
Ч 4г+
C*Fp FpFa 4142 1.
Ч ]2 (41+4(42+4^
4>2 4 Z
42 + А I |_ (Ас2 +л) _
х 42 4 ^к^р
42 ч
где
4>1^о2
41 +
4 4
г 42
4142
42 + Л
Итак, основными факторами, приво-
дящими к радиоактивному загрязнению
теплоносителя первого контура, являют-
ся дефекты твэлов, технологическое за-
грязнение оболочек твэлов делящимися
нуклидами и активация продуктов кор-
розии элементов контура. Уровень актив-
ности теплоносителя поддерживается на
должном уровне посредством постоянного
отбора части теплоносителя на очистку.
1.5. РАДИОАКТИВНЫЕ ОТХОДЫ
И МЕТОДЫ ИХ МИНИМИЗАЦИИ
Эксплуатация ЯЭУ неизбежно сопро-
вождается накоплением газообразных,
жидких и твердых радиоактивных отходов.
Газообразные отходы образуются в ре-
зультате работы системы спецвентиляции,
особенно в периоды ухудшенной радиа-
ционной обстановки (например, в пери-
оды перегрузки). Они могут образовы-
ваться также в результате работы систе-
мы технологических сдувок, которая обес-
печивает удаление газов, выделяющихся
с надводных пространств технологиче-
ских емкостей, а также газов, вытесняе-
мых из баков водой при опорожнении
первого контура.
Для дезактивации таких отходов ис-
пользуется либо обычная выдержка в газ-
гольдерах в течение времени, необходи-
мого для распада радиоактивных нукли-
дов (прежде всего 138Хе), либо очистка
в адсорбционных установках. Газгольдеры
могут монтироваться непосредственно
в нижней части вентиляционной трубы.
Жидкие отходы появляются вследствие
очистки воды первого контура, других вод
АЭС и т. п. При их дезактивации при-
держиваются двух основных принципов:
раздельной дезактивации вод, разли-
чающихся по радиоактивности и физи-
ко-химическим показателям;
наиболее полного возврата очищенных
вод в цикл.
Из многих способов дезактивации
жидких радиоактивных отходов наиболь-
шее практическое применение находят
способ ионного обмена и способ упари-
вания. Наиболее универсально много-
ступенчатое упаривание в выпарных
аппаратах, обеспечивающее высокую сте-
пень очистки воды от радиоактивных
примесей и позволяющее существенно
снизить объем, занимаемый жидкими
отходами.
Твердые отходы образуются при
отверждении жидких радиоактивных
отходов. Отверждение жидких отходов
производится потому, что захоронение их
не может быть надежным, пока они на-
ходятся в жидкой фазе. Для отвержде-
ния используют способы цементирова-
ния или битумирования, заключающиеся
в том, что в концентраты жидких отходов
добавляют связывающие вещества —
цемент или битум.
Весьма перспективен способ отверж-
дения жидких отходов путем добавления
к ним в горячем виде веществ, образую-
щих кристаллогидраты. При остывании
раствора образуется кристаллогидрат,
и концентрат отвердевает.
К твердым радиоактивным отходам
относят вышедшие из строя загрязнен-
ные инструменты и детали реакторной
установки, а также сильно загрязненную
спецодежду и обувь, дезактивация кото-
рой нецелесообразна.
Твердые радиоактивные отходы обез-
вреживают их захоронением, предвари-
тельно максимально уменьшив их объем.
При окончательном захоронении преду-
сматриваются отказ от контроля за со-
стоянием отходов, невозможность их из-
влечения из мест захоронения и гаран-
тия нераспространения радиоактивности
в течение сколь угодно долгого времени.
Твердые радиоактивные отходььзахо-
ранивают в специально сооружаемых хра-
нилищах. Перспективно использование
для этой цели заброшенных соляных и из-
вестковых шахт, вечной мерзлоты и глу-
бинных геологических формаций.
МАГАТЭ определяет минимизацию
РАО как концепцию, которая представ-
ляет собой уменьшение количества и ак-
тивности РАО до практически достижи-
мого низкого уровня.
Обеспечение как можно низкого прак-
тически достигаемого уровня образова-
ния РАО провозглашено одним из ос-
новных принципов государственной по-
литики Украины в сфере обращения
с РАО. Для реализации этого принципа
Законом Украины «Об использовании
ядерной энергии и радиационной защи-
те» определено, что одной из функций
органа управления в сфере использова-
ния ядерной энергии является планиро-
вание мероприятий, направленных на
обеспечение минимального уровня обра-
зования РАО во время использования
ядерной энергии. На практике это озна-
чает выполнение эксплуатирующими
организациями и лицензиатами меро-
приятий по минимизации РАО в рамках
программ обращения с РАО. Программы
обращения с РАО, цель которых — тех-
ническое и организационное обеспечение
реализации государственной политики
в сфере обращения с РАО, — пересмат-
риваются и уточняются каждые три года.
Минимизация активного содержания и
объема РАО — важный элемент обращения
с РАО. Более высокая цена захоронения
или хранения отходов, которые содер-
жат радиоактивные или химически ток-
сичные вещества, с учетом мероприя-
тий по минимизации вредного влияния
на здоровье человека и окружающую
среду, создает значительный стимул для
минимизации количества РАО, и этот
стимул постоянно усиливается с повы-
шением уровня защиты людей и окру-
жающей среды.
Для достижения минимизации объе-
мов как первичных, так и вторичных РАО
необходимо иметь соответствующую про-
грамму в виде реального эффективного
плана действий по минимизации РАО.
Такая программа должна предусматривать
конкретные условия для минимизации как
образования РАО, так и их конечных
объемов за счет, в частности:
оптимального выбора конструкцион-
ных материалов, стойких к коррозии;
оптимального выбора соответствую-
щих технологий и оборудования, обслу-
живание, ремонт и замена которого при-
водят к минимизации образования РАО;
оптимального выбора водно-химиче-
ского режима;
возможности повторного использова-
ния материалов и оборудования;
недопущения смешивания различных
потоков РАО и загрязнения чистых по-
мещений.
При разработке стратегии минимиза-
ции необходим всесторонний анализ
обращения с РАО на всех этапах жиз-
ненного цикла установки (выбор конст-
рукции установки и оборудования, экс-
плуатация и снятие с эксплуатации). На
стратегию минимизации влияет весь
спектр деятельности, включая уменьше-
ние источников образования РАО, а опе-
ративная практика включает админист-
ративный контроль оптимизации обра-
щения с РАО.
Уменьшение источников — наиболее
важный компонент минимизации РАО —
зависит от конструкции установки, на-
дежности оборудования, материалов внут-
ренних поверхностей (от того, насколько
легко они будут дезактивироваться).
Эксплуатация ядерных установок
предлагает свободу выбора методов ми-
нимизации тех РАО, образование кото-
рых не может быть устранено на стадии
проектирования:
повторное использование жидкостей,
в частности дезактивирующих и моющих
растворов, для уменьшения расхода све-
жей воды и объемов отходов;
повторное использование металлоло-
ма, образующегося при снятии с эксплу-
атации, для производства, например, кон-
тейнеров для РАО (выбор повторного
использования будет зависеть от анализа
показателя «затраты — польза», радиа-
ционного влияния и законодательства);
повторное использование материалов,
особенно контейнеров для внутреннего
и внешнего транспорта, защитных покры-
тий, инструментов и т. п.
Административный контроль и управ-
ление — третья главная составляющая
стратегии минимизации РАО, охватыва-
ющая:
характеристику типов, количества и ак-
тивности РАО на разных стадиях жиз-
ненного цикла установки;
организацию системы учета и конт-
роля для идентификации источников,
типов, количества, активности и место-
нахождения РАО;
идентификацию всех точек на рабо-
чих поверхностях и всех стадий в про-
цессе, на которых можно предотвратить
превращение материалов в РАО, в част-
ности повторное использование мате-
риалов;
улучшение эксплуатационной практи-
ки и техники обращения с РАО для их
сортировки по происхождению с целью
предотвращения смешивания разных ка-
тегорий РАО;
сортировку РАО одинаковых физико-
химических форм для более эффектив-
ной обработки их соответствующим обо-
рудованием (активность измеряется лег-
че, когда матрица однородна; после сор-
тировки РАО одного уровня активности
легче оптимизировать заполнение кон-
тейнеров, последующую обработку и про-
цессы кондиционирования);
подготовку операторов для получения
ими знаний о возможных последствиях
в системе обращения с РАО от индиви-
дуальных действий (ошибок).
Стратегия минимизации РАО всегда
предполагает оптимальный выбор между
персональными дозами, ценой материа-
лов, маршрутами движения отдельных
видов РАО к захоронению, количеством
образующихся РАО каждой категории,
длительностью и ценой хранения и за-
хоронения.
Глава 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Характер радиоактивного загрязнения
определяется целым рядом факторов: при-
родой поверхности и контактирующей с
ней фазы, содержащей радионуклид; хи-
мическими свойствами и состоянием ра-
дионуклидов; физико-химическими усло-
виями; временем контакта радионуклида
с поверхностью и пр.
В основе процессов радиоактивного
загрязнения поверхностей лежат процес-
сы адгезии, сорбции и диффузии.
Под адгезией понимают прилипание
частиц или пленок к поверхности.
Сорбцией (от лат. Sorbeo — поглощаю)
называется поглощение твёрдым телом
или жидкостью вещества из окружающей
среды.
Диффузия—движение частиц среды (мо-
лекул, атомов, ионов, коллоидных частиц
и т. п.), приводящее к переносу вещества и
выравниванию концентраций частиц дан-
ного сорта в рассматриваемой системе.
В обобщенном виде эти процессы, как
правило, происходят по следующему сце-
нарию: адгезия радиоактивных веществ
к поверхности оборудования -> сорбция
изотопов, ионный обмен, хемосорбция ->
диффузия, образование оксидной плёнки,
коррозия.
Стадия сорбции по механизмам ад-
сорбции, ионного обмена или хемосорб-
ции осложняется процессами диффузии,
образования поверхностных соединений,
твердых растворов и т. п.; радионуктиды
могут сорбироваться продуктами корро-
зии конструкционных материалов и вме-
сте с ними осаждаться на поверхностях,
образуя фазовые отложения. Кроме того,
нужно учитывать, что состояние поверх-
ности адсорбента может изменяться вслед-
ствие окисления, образования коррози-
онных пленок, разрушения и т. д.
Механизм радиоактивного загрязнения
поверхностей определяет форму связи
радионуклидов с поверхностью, а форма
связи определяет выбор способа или тех-
нологии дезактивации.
По преобладающей форме связи загряз-
нения классифицируют на нефиксирован-
ные, слабофиксированные и прочнофик-
сированные (табл. 2.1, 2.2). В НРБУ-97
приводятся две разновидности форм свя-
зи: фиксированные и нефиксированные.
Фиксированное (неснимаемое) радиоак-
тивное загрязнение поверхности — это часть
загрязнения поверхностей радионуклида-
ми (радиоактивными веществами), кото-
рые самопроизвольно или при эксплуата-
ции не переходят в окружающую среду
и не удаляются методами дезактивации (без
нарушения целостности поверхности).
Нефиксированное (снимаемое) — часть
загрязнения поверхностей радионуклида-
ми, радиоактивными веществами, кото-
рые самопроизвольно или при эксплуа-
тации переходят с загрязненной поверх-
ности в окружающую среду или удаля-
ются способами дезактивации.
Таблица 2.1. Классификация процессов загрязнения поверхностей
Процесс загрязнения Вид t загрязнения Источники загрязнения Особенности процесса загрязнения Преобладающие формы связи
Налипание Адгезион- ное Радиоактив- ные твёрдые частицы и капли Наличие границы раздела между7 радиоактивным веществом и поверхностью Нефиксирован- ные, слабо- фиксированные
Адсорбция, ионный обмен, хемосорбция Поверх- ностное Растворы радио- активных изотопов Загрязнение поверхностного слоя Слабофикси- рованные
Диффузия, образование оксидной плёнки, коррозия Глубинное Растворы радио- активных изотопов Загрязнение глубинных слоёв Прочнофикси- рованные
' Таблица 2.2. Распределение радионуклидов в зависимости от свойств поверхности
на примере 32Р (время после загрязнения 30 мин), %
Классификация радиоактивных загрязнений Стекло Медь Фанера Кожа
Нефиксированные 97.5 75.0 37.5 54,5
Слабофиксированные 2.5 24.85 42,5 44.0
Прочнофиксированные 0.001 0,15 20,0 1.5
В практике дезактивации слабофик-
сированными радиоактивными загрязне-
ниями называют радионуклиды, слабо
связанные с поверхностью, а прочнофик-
сированными загрязнениями — радио-
нуклиды, хемосорбированные или вхо-
дящие в кристаллическую решетку по-
верхностного слоя сорбента. В реальных
системах обычно присутствуют различ-
ные виды загрязнений. По мере увели-
чения времени контакта радиоактивного
вещества с поверхностью доля слабофик-
сированных загрязнений снижается и воз-
растает доля хемосорбированных форм,
связь с поверхностью упрочняется.
2.1. АДГЕЗИЯ
Загрязнение поверхностей может про-
исходить в результате оседания и адге-
зии радиоактивных аэрозольных, твер-
дых или жидких частиц, а также при кон-
такте с жидкими средами, содержащими
а б
Рис. 2.1. Когезионный (лг) и адгезионный
(6) отрыв
коллоиды и взвеси радиоактивных веществ.
Причиной движения частиц к поверхно-
сти являются гравитация, броуновское
движение, гидродинамические факторы.
Адгезия относится к поверхностным
явлениям и характеризуется определен-
ной прочностью связи. Адгезия радио-
нуклидов — явление сцепляемости ра-
дионуклидов с поверхностью оборудова-
ния при их контакте — вызвана взаимо-
действием между молекулами (атомами)
контактирующих тел и оценивается ад-
гезионной прочностью, которая опреде-
ляется экспериментально различными
методами. При отрыве или разрушении
вещества может нарушаться целостность
загрязняющего вещества, т. е. его коге-
зия. В связи с этим различают адгезион-
ный отрыв по границе раздела загрязня-
ющее вещество — подложка и когезион-
ный отрыв, когда разрушение происходит
по загрязняющему веществу (рис. 2.1).
Возможен также смешанный адгезионно-
когезионный отрыв покрытия.
Таким образом, одно из принципи-
альных отличий когезии от адгезии —
отсутствие границы раздела фаз. Соот-
ношение адгезии и когезии определяет
условие удаления загрязняющих радио-
активных веществ при нарушении их
контакта с твердой поверхностью: при
незначительной когезии, уступающей
адгезии, осуществляется когезионное уда-
ление массы (рис. 2.1, а), при слабой ад-
гезии по отношению к когезии — адге-
зионный отрыв (рис. 2.1, б).
Адгезия обусловливается, прежде все-
го, различными видами взаимодействий
между молекулами или атомами. Эти вза-
имодействия приводят к образованию
межмолекулярных и химических связей.
Величина адгезии зависит не только от
наличия, но и от числа связей между кон-
тактирующими телами. В свою очередь,
число связей определяется площадью
фактического контакта между загрязня-
ющим веществом (покрытием) и подлож-
кой (поверхностью оборудования, мате-
риала), а размер этой площади зависит
от свойств поверхности подложки и по-
крытия: параметров и вида шероховатос-
ти поверхности подложки; механизма
попадания радионуклидов на поверх-
ность; заполнения впадин поверхности в
зависимости от температурно-временных
характеристик и др.
Скорость ад гезии частиц может быть
представлена выражением
dF / dt = X CjHj UjSj ,
i
где F — сила адгезии; с. -^константа;
л —концентрация частиц; Ц —средняя
скорость к поверхности направлении; у —
вероятность прилипания частицы.
Адгезионная связь обусловлена ван-дер-
ваальсовыми дисперсионными взаимодей-
ствиями, химической связью (молекуляр-
ные и электростатические взаимодействия)
и капиллярными силами. Адгезионные дис-
персионные силы зависят от формы и раз-
мера частиц, а также от расстояния между
частицами или частицей и поверхностью.
В настоящее время существует ряд те-
орий, обосновывающих адгезию:
адсорбционная, согласно которой про-
цесс формирования связи между покры-
тием и подложкой определяется адсорб-
цией молекул покрытия к поверхности
подложки. Адсорбционные процессы
имеют место в случае формирования по-
крытия из слоя жидкости;
диффузионная, определяющая величи-
ну адгезии в зависимости от природы
и числа связей, приходящихся на едини-
цу площади контакта покрытия и под-
ложки. Для осуществления диффузион-
ных процессов необходимо соблюдение
двух условий: 1) термодинамического, ко-
торое сводится к взаимной растворимос-
ти покрытия и подложки и их совмести-
мости; 2) кинетического, которое дости-
гается подвижностью молекул;
микрореологическая (реология изучает
процессы течения различных тел), за-
ключающаяся в том, что в процессе фор-
мирования покрытия происходит запол-
нение впадин шероховатости поверхнос-
ти, а также трещин и пор подложки,
увеличивается площадь фактического
контакта, а следовательно, и число свя-
зей между покрытием и подложкой, что
приводит к росту адгезии и адгезионной
прочности. Само же адгезионное взаи-
модействие реализуется за счет молеку-
лярных сил и химической связи между
контактирующими поверхностями. Со-
гласно этой теории, существует некото-
рое оптимальное время осаждения покры-
тия, которое соответствует времени об-
разования покрытия в микродефектах
подложки; дальнейшее увеличение вре-
мени осаждения покрытия не оказывает
существенного влияния на адгезионную
прочность.
По своей природе адгезия обусловле-
на силами и связями, которые условно
можно разбить на две группы. Первая
группа сил проявляется при сближении
двух тел и отсутствии контакта между
ними (когда имеется определенный за-
зор); эти же силы действуют и после на-
рушения непосредственного контакта.
Вторая группа сил возникает только после
возникновения контакта разнородных тел
и не может существовать при отсутствии
контакта.
К первой группе сил относятся межмо-
лекулярное взаимодействие (межмолеку-
лярная сила или межмолекулярная связь)
и кулоновская сила. Межмолекулярное
взаимодействие проявляется во всех слу-
чаях адгезии и сводится к трем харак-
терным видам взаимодействия (рис. 2.2):
двух плоских поверхностей, частицы или
сферической поверхности с плоской по-
верхностью, двух частиц или двух сфе-
рических поверхностей.
Величина характеризует зазор, т. е.
расстояние между телами, которое в слу-
чае адгезии соизмеримо с молекулярны-
ми размерами. В основе определения мо-
лекулярной компоненты сил адгезии ле-
жат представления о взаимодействии пар
молекул, принадлежащих различным те-
лам. Молекула Б (рис. 2.2, а) одного из
конденсированных тел взаимодействует
на расстоянии R с молекулами соседнего
тела, когда сами тела расположены друг
от друга на расстоянии Н\. Одна моле-
кула тела 1 взаимодействует со многими
1 i
'//////////^///////////z.
2
Рис. 2.2. Виды межмолекулярного взаимодействия:
а — двух плоских поверхностей; б — частицы или сферической поверхности
с плоскостью; в — двух частиц или двух сферических поверхностей
молекулами соседнего тела. Подобных
молекул в самом теле 1 очень много. Ана-
логичным образом можно рассматривать
взаимодействие одной молекулы тела 2
со многими молекулами тела 1.
Межмолекулярное взаимодействие
проявляется, когда зазор между двумя
телами колеблется от нескольких диамет-
ров до нескольких сотен диаметров мо-
лекул. Естественно, чем ближе располо-
жены поверхности, тем значительнее их
адгезия за счет связи между молекулами.
Адгезия может быть вызвана и куло-
новской силой. При контакте заряженных
частиц с поверхностью на ней индуци-
руются заряды, равные по величине, но
противоположные по знаку заряду час-
тиц (рис. 2.2, б). Между противополож-
ными зарядами и возникает кулоновская
сила. Заряд взвешенных в воздухе час-
тиц колеблется в широких пределах, но
в обычных условиях минимален. При
движении и трении о поверхность частиц
йх заряд может увеличиваться в сотни
раз, и тогда кулоновская сила заметно
влияет на адгезию частиц. Кулоновская
сила изменяется со временем контакта
частиц. Так, прилипшие к металлической
поверхности заряженные частицы посте-
пенно разряжаются, а уменьшение заря-
да частиц ведет к снижению кулонов-
ской силы.
Межмолекулярное взаимодействие во
всех случаях и кулоновская сила только
в некоторых определяют первоначально
формирование связи между двумя по-
верхностями. Эти силы, подчеркнем еще
раз, действуют до непосредственного
контакта тел и некоторый период при
незначительных расстояниях Н{ (рис. 2.2)
после нарушения контакта и взаимного
удаления тел.
Вторая группа сил в отличие от пер-
вой проявляется только при контакте двух
тел. Эти силы выступают как следствие
первоначальной адгезии, становясь затем
одной из ее причин. К этой группе от-
носятся химическая связь, электрическая
сила, капиллярная сила и расклиниваю-
щее давление тонкого слоя жидкости.
Кроме того, следствием контакта двух тел
являются адсорбция и диффузия, кото-
рые также влияют на величину адгезии.
Возникновение химической связи опре-
деляется наличием на контактирующих
поверхностях реакционно-способных
Рис. 2.3. Двойной электричес-
кий слой при адгезии:
1 — адгезив (пленка);
2 — субстрат (основание)
групп молекул, что количественно харак-
теризуется соотношением химических
потенциалов взаимодействующих тел.
Электростатическая сила приобрета-
ет наибольшее значение при значитель-
ной площади контакта между двумя твер-
дыми поверхностями. Если загрязнения
имеют вид пленки, при адгезии (рис. 2.3)
в зоне контакта пленки с поверхностью
образуется двойной электрический слой.
В целом система, в данном случае адге-
зив и субстрат, представляет собой свое-
образный конденсатор, одна обкладка
которого принадлежит адгезиву (пленке),
другая — субстрату (основанию).
На рис. 2.3 пленка выполняет функ-
цию акцептора: принимает электроны,
приобретая тем самым отрицательный
заряд. Основание является донором, т. е.
источником электронов; после отдачи
электронов оно заряжается положительно.
Наличие двойного электрического слоя
на поверхности контактирующих тел
и обусловливает возникновение электро-
статической силы за счет донорно-
акцепторной связи.
Нетрудно заметить разницу между
кулоновской силой и электростатической
силой, возникающими при адгезии. Не-
обходимое условие проявления кулонов-
ской силы — наличие предварительного
заряда, который должен быть на частице
до ее контакта с поверхностью. Электро-
\ т / т
_______
) ж (
т т
а б *
Рис. 2.4. Прослойка воды при адгезии частицы (а)
и двух поверхностей (d)
статическая сила возникает только в ре-
зультате контакта — при взаимодействии
обкладок своеобразного конденсатора, об-
разующегося в зоне контакта. Причина
возникновения двойного электрического
слоя заключается в энергетической неод-
нородности контактирующих поверхно-
стей. Соприкасаясь, тела выравнивают
свои энергетические уровни, и система
в целом остается нейтральной. Электро-
статическая сила проявляется в процессе
преодоления адгезии, например при от-
рыве пленки от поверхности.
При формировании адгезии за счет
электростатической силы и нарушения
адгезионного взаимодействия прослежи-
вается диалектическая связь между при-
чиной и следствием. Непосредственной
причиной возникновения электростати-
ческой силы служат контакт двух повер-
хностей и их адгезия, следствием — уси-
ление адгезии и необходимость в допол-
нительном усилии для нарушения адге-
зионного взаимодействия. Если в зоне
контакта частиц возникает двойной элек-
трический слой, его влияние мало из-за
ограниченных размеров площади факти-
ческого контакта частиц с поверхностью.
Влияние влаги в зоне контакта двух
тел проявляется в виде капиллярной силы
и расклинивающего давления тонкого
слоя жидкости. Капиллярная сила (рис. 2.4)
возникает в результате конденсации паров
Рис. 2.5. Схема
возникновения
WW/WZ расклинивающего
т эффекта
воды из воздуха или под действием вла-
ги, находящейся в самом продукте, и об-
разования в зазоре между контактирую-
щими телами (Т) мениска жидкости (Ж),
который как бы стягивает частицу и по-
верхность.
В жидкостях адгезии частиц препят-
ствуют силы отталкивания, действующие
на расстоянии и представляющие собой
потенциальный барьер на пути сближе-
ния частиц с поверхностью. По мере при-
ближения частицы к поверхности из за-
зора выдавливается слой жидкости. Тон-
кие слои жидкости между поверхностя-
ми соприкасающихся тел оказывают на
них расклинивающее давление, зависящее
от расстояния между поверхностями и дав-
ления (прижима) соприкасающихся тел.
Расклинивающее давление проявляет-
ся при толщине слоя жидкости менее
100 нм и создается вследствие особых
свойств тонких слоев жидкости: опреде-
ленной ориентации растворенных ве-
ществ, отталкивания одноименных заря-
дов двойных электрических слоев, образу-
ющихся на частицах и поверхности, осо-
бой структуры граничного слоя жидкости
и др. Суть расклинивающего давления
можно уяснить при помощи рис. 2.5.
Давление жидкости в зазоре между час-
тицей и поверхностью меньше, чем в объ-
еме свободной жидкости, поэтому жид-
кость самопроизвольно может втекать
в этот зазор (течение жидкости показано
Рис. 2.6. Форма капли несмачиваю-
шей жидкости на твердой поверх-
ности (например, капли воды на
куске парафина):
У ж — сила натяжения жидкости;
У — сила натяжения на границе
сред тело—газ; У т/ж — сила натя-
жения на границе сред тело—жидкость
стрелками). В результате в тонком слое
жидкости образуется избыточное давле-
ние, которое препятствует адгезии.
Расклинивающее давление зависит от
ионной силы раствора. При определен-
ной пороговой концентрации электро-
лита частицы сильно слипаются с по-
верхностью. В разбавленных растворах
электролитов адгезия частиц к поверх-
ности растет с увеличением концентра-
ции соли и валентности катиона. Адге-
зия зависят и от pH раствора, причем
наибольшая адгезия характерна для ней-
тральной среды. В присутствии поверх-
ностно-активных веществ (ПАВ) адге-
зия частиц к поверхности снижается.
В большинстве случаев радиоактив-
ные загрязнения при их конденсацион-
ном образовании являются результатом
затвердевания или высыхания слоя жид-
кости на поверхности оборудования.
Слой жидкости при этом образуется при
растекании и слиянии капель с последу-
ющим возможным образованием сплош-
ной жидкой пленки. Растеканию пред-
шествует смачивание жидкими каплями
поверхности оборудования. Таким об-
разом, формирование радиоактивного
Рис. 2.7. Контакт капли жидкости с гладкой (а) и шероховатой (б) поверхностями;
смачивание впадин шероховатой поверхности (в)
загрязнения по этому механизму про-
ходит в три стадии: смачивание и расте-
кание жидкости; образование площади
контакта между двумя фазами; возник-
новение адгезионной связи.
Растекание жидкого материала (раство-
ра, содержащего радионуклиды) способ-
ствует увеличению площади фактиче-
ского контакта. Растекание зависит от вре-
мени, прошедшего после контакта капли
с поверхностью, размера капли, вязкос-
ти жидкости и ее поверхностного натя-
жения. Таким образом, для появления ад-
гезионной связи необходимым условием
является смачивание поверхности обору-
дования. С уменьшением краевого угла
0 (краевой угол — угол, образованный
касательными плоскостями к межфазным
поверхностям, ограничивающим смачи-
вающую жидкость; вершина угла лежит
на линии раздела трёх фаз, рис. 2.6), т. е.
с ростом смачивания адгезионная проч-
ность усиливается. Это объясняется уве-
личением площади фактического контакта
на хорошо смачиваемых поверхностях.
И соответственно, наоборот, с увеличе-
нием краевого угла адгезионная проч-
ность уменьшается. Данный эффект ис-
пользуется при создании легко дезакти-
вируемых поверхностей и тканей, т. е. по-
крытии оборудования или пропитке тка-
ней несмачивающимися покрытиями.
Растекание и смачивание создают не-
обходимые условия для адгезии: запол-
нение трещин, увеличение площади кон-
такта и т. д. приводят к росту числа свя-
зей и адгезии в целом. Смачивание яв-
ляется необходимым, но не достаточным
условием формирования адгезионного
взаимодействия.
На смачивание поверхности влияет ее
шероховатость. Обычно смачивание ше-
роховатых поверхностей сопоставляют со
смачиванием гладких поверхностей:
гидрофильные шероховатые поверхнос-
ти смачиваются лучше, чем гидрофиль-
ные гладкие и, наоборот, смачивание
гидрофобных шероховатых поверхностей
ухудшается по сравнению со смачива-
нием гидрофобных гладких поверхнос-
тей. На рис. 2.7 показаны примеры кон-
тактов капли жидкости с различными
подложками.
Шероховатость поверхности меньше
влияет на адгезию в жидкости, чем в воз-
душной среде. Повышение температуры
увеличивает адгезию вследствие возрас-
тания молекулярных взаимодействий, но
в присутствии ПАВ адгезия частиц с ро-
стом температуры падает.
Адгезионная прочность радиоактив-
ного загрязнения зависит также от
свойств окружающей среды. По сравне-
нию с воздухом, адгезионная прочность
в кислороде резко увеличивается, а в сре-
де инертных газов снижается. Кислород
способствует росту адгезии за счет хи-
мического взаимодействия контактиру-
ющих тел, которое возникает в резуль-
тате термоокисления, способствующего
появлению полярных групп на поверх-
ности подложки и увеличению адгезии
за счет взаимодействия этих групп с по-
крытием.
На металлических поверхностях в
большинстве случаев присутствует оксид-
ная пленка, которая влияет на адгезион-
ную прочность радиоактивного загряз-
нения. При этом образование рыхлой
оксидной пленки в большинстве случаев
обусловливает практическое отсутствие
адгезии.
Адгезия частиц в воздушном потоке
отличается некоторыми особенностями.
Прилипшие к поверхности частицы мо-
гут быть оторваны при скорости воздуш-
ного потока, достаточной для преодоле-
ния сил адгезии и веса частиц; этот эф-
фект используется в дезактивационных
установках на основе потоков (газов,
жидкостей) и вакуумирования (пылесосы).
Адгезия частиц к препятствиям в воздуш-
ном потоке зависит от условий обтека-
ния препятствий и возможного отскока
частиц от поверхности: большее осажде-
ние наблюдается на лобовой стороне, но
возможна адгезия частиц при зацепле-
нии их за неровности поверхности и уже
прилипшие частицы. На влажной поверх-
ности адгезия частиц из воздушного по-
тока выше.
При адгезии в жидких средах капил-
лярные и электростатические силы по-
чти не проявляются, основной вклад при-
надлежит межмолекулярным взаимодей-
ствиям. Адгезия в жидкой среде на два
порядка ниже, чем в воздухе. Адгезия
в потоке жидкости в основном зависит
от транспортирующей составляющей ско-
рости потока, а соответственно, от веса
и размера частиц и от направления пото-
ка. Практическое отсутствие адгезии на-
блюдается при скорости потока порядка
108 м/с.
2.2. ПРОЦЕССЫ СОРБЦИИ
При поглощении твёрдым телом или
жидкостью вещества из окружающей
среды поглощающее тело называется
сорбентом, а поглощаемое им вещество —
сорбатом (или сорбтивом). Поглощение
вещества всей массой жидкого сорбента
называется абсорбцией', поглощение
вещества поверхностным слоем твёрдого
или жидкого сорбента — адсорбцией.
Поглощение вещества из газовой среды
всей массой твёрдого тела или расплава
называется окклюзией.
По природе сорбционных сил разли-
чают два основных вида сорбции: физи-
ческую и химическую, причем обычно
они протекают одновременно. При фи-
зической сорбции между твердым телом
и молекулой возникают силы электроста-
тической поляризации и лондоновские
дисперсионные силы (энергия связи —
4-^42 кДж/моль), щм хемосорбции (сорб-
ция, сопровождающаяся химическим
взаимодействием сорбента с поглощае-
мым веществом), — ковалентные силы
или электростатические и обменные вза-
имодействия, обусловливающие возник-
новение прочной химической связи
(энергия связи — 42-^420 кДж/моль).
Физическую и химическую сорбцию не
всегда удается четко разграничить, одна-
ко в случае физической сорбции сорби-
рованную молекулу и решетку сорбента
можно рассматривать как две независи-
мые системы, в то время как при хемо-
сорбции они образуют единую квантово-
механическую систему.
Хемосорбция — это химическая ре-
акция между адсорбатом и поверхност-
ными атомами или группами атомов ад-
сорбента, при которой молекула адсор-
бата отдает или получает от поверхнос-
ти электрон (гомолитические реакции)
или электронную пару (гетеролитические
реакции), при этом во многих случаях
диссоциируя на отдельные атомы или
радикалы. В результате хемосорбирован-
ные молекулы обычно теряют свою ин-
дивидуальность и могут десорбировать-
ся только в виде продуктов реакции,
участвовать в изотопном обмене с ато-
мами поверхности или другими хемо-
сорбированными молекулами. Природа
образующихся при хемосорбции связей
в принципе та же, что и в объемных
химических соединениях. В целом типич-
ная хемосорбция является химическим
взаимодействием, в результате которого
образуются поверхностные химические
соединения. Однако состояние поверх-
ностных атомов адсорбента отличается
от их состояния в объеме твердого тела,
а это может существенно влиять на осо-
бенности образующихся связей, распре-
деление электронов во взаимодейству-
ющих атомах и т. д.
Физическая сорбция осуществляется за
счет сил межмолекулярного взаимодей-
ствия, которые не связаны с переносом
или обобществлением электронов. Это
силы, определяющие ван-дер-ваальсов-
ское взаимодействие в реальных газах,
жидкостях и многих твердых телах, кон-
денсацию молекул в пар, жидкость или
твердую фазу, а также когезию, смачива-
ние, трение и т. д. При физической сорб-
ции молекулы адсорбата сохраняют ин-
дивидуальность, десорбируются в том же
виде, обычно не способны к изотопному
обмену, поэтому данный вид сорбции часто
называют молекулярной адсорбцией.
Физическая и в особенности химиче-
ская сорбция требуют предварительных
затрат энергии (активированная сорбция).
В процессе физической сорбции сорбент
служит источником внешнего потенци-
ального поля, вызывающего поляриза-
цию молекул сорбата. При сближении
молекул между ними возникают корот-
кодействующие силы отталкивания, на
преодоление которых затрачивается
определенная энергия. Прочность физи-
ческой сорбции зависит от характера и со-
отношения различных взаимодействий.
Физическая сорбция обратима.
При хемосорбции сорбированная мо-
лекула или остается элекгронейтральной
(«слабая» хемосорбция), или удерживает
около себя свободный электрон либо
«дырку» кристаллической решетки, т. е.
является электрически заряженной
(«прочная» хемосорбция). Соответственно,
связь может быть акцепторной (в связи
участвует электрон, л-тип) или донорной
(р-тип).
Хемосорбированная частица находится
на поверхности в виде элекгронейтральной
частицы, радикала, ион-радикала или в ре-
зультате поверхностной реакции вклю-
чается в кристаллическую решетку сор-
бента, что приводит к полной необрати-
мости сорбции. В этом случае хемосор-
бированные частицы можно рассматривать
как некие структурные дефекты.
Приведенные выше закономерности
сорбции являются общими, хотя отно-
сятся преимущественно к сорбции газов.
Для уяснения физико-химических про-
цессов радиоактивного загрязнения рас-
смотрим вопросы сорбции на различных
поверхностях.
Влияние состояния радионуклидов
и состава раствора на радиоактивное загряз-
нение поверхностей. Сорбция радионук-
лидов поверхностями металлов, продук-
тами коррозии и полимерными покры-
тиями существенно зависит от физико-
химического состояния радионуклидов
в загрязняющей среде.
Радионуклиды сохраняют индивиду-
альные химические свойства даже в край-
не разбавленных растворах и присутству-
ют в них в ионном, молекулярно-дис-
персном или коллоидном (истинном или
«псевдо») состоянии. Ионодисперсное
состояние включает простые акваионы
и различные комплексные формы; к мо-
лекулярно-дисперсным формам можно
отнести ионные ассоциаты и соединения
с низкой степенью диссоциации, напри-
мер гидроксиды металлов. Гидроксофор-
мы радионуклидов, сорбируясь на неиз-
бежно присутствующих в растворе за-
грязнениях (Р-, у-формы кремниевой
кислоты и др.), образуют «псевдоколло-
иды»; по достижении определенного пе-
ресыщения раствора по ионам ОН или
металла образуются мелкодисперсные
истинные коллоиды, представляющие
собой фазу нерастворимого гидроксида
радионуклида. Оба вида коллоидов под-
чиняются типичным закономерностям
поведения коллоидов в растворах, при
этом системы с истинными коллоидами
менее обратимы.
Щелочные элементы, как правило,
не образуют прочных комплексов и
коллоидов и находятся в растворе в виде
положительно заряженных ионов; замет-
ная сорбция наблюдается при pH > 9.
Щелочноземельные и некоторые другие
двухвалентные элементы — Zn, Со, Ni,
Fe(II) — могут находиться в растворе
в ионном состоянии, образуя ряд комп-
лексов и сорбционные коллоиды. Сорб-
ция становится заметной при pH > 7-^8,
а при pH > 10 элементы Fe(II), Со, Ni
образуют истинные коллоиды.
Поливалентные элементы присутству-
ют в растворе в виде катионов, комплек-
сов различного типа, сорбционных и ис-
тинных коллоидов. В растворах обычно
устанавливаются сложные равновесия
между присутствующими формами. Сорб-
ционное поведение сильно зависит от pH
раствора и присутствия комплексообра-
зователей.
Электролиты и комплексообразовате-
ли по-разному влияют на сорбцию и со-
осаждение разных форм радионуклидов.
Ионообменная сорбция в присутствии
электролитов или комплексообразовате-
лей снижается. Сорбцию 137 Cs, 59Fe, ^Со,
54Мп на нержавеющей стали наиболее
сильно снижают комплексообразовате-
ли, связывающие радионуклиды в проч-
ные растворимые комплексы (для 60Со —
нитрозо-R-соль, для 59Fe — ДТПА, или
диэтилентриаминпентаацетат железа).
В их присутствии сорбция минимальна
в широкой области pH.
Нейтральные электролиты оказывают
«высаливающее» действие на сорбцию
радионуклидов в молекулярной форме.
В то же время тенденция к образованию
псевдоколлоидов в присутствии электро-
литов снижается. Молекулярные и кол-
лоидные формы радионуклидов легко со-
осаждаются с оксигцдратными осадками.
Пока мало исследованной остается адсорб-
ция «горячих» атомов, которые, обладая
высокой химической активностью и фор-
мой, отличной от состояния материнского
нуклида, могут прочнее фиксироваться по-
верхностями и осадками.
Сорбция из растворов. В результате
адсорбции концентрация растворенного
вещества в растворе уменьшается. Адсорб-
цию, моль/кг, определяют по разности
концентраций исходного и равновесного
растворов адсорбата:
д_(с0-с)Г~
т
где с0 — исходная концентрация адсорба-
та, моль/л; с — равновесная концентра-
ция адсорбата, моль/л; И— объем раство-
ра адсорбата, из которого происходила ад-
сорбция, л; т — масса адсорбента, кг.
Адсорбция на границе раздела твер-
дое тело — раствор зависит от природы
и концентрации адсорбента температуры,
природы адсорбента и растворителя,
удельной поверхности адсорбента.
Для системы адсорбат — адсорбент
влияние природы растворителя на адсорб-
цию может быть сформулировано в виде
следующего правила: чем лучше в дан-
ном растворителе растворяется данный
адсорбат, тем хуже адсорбируется; чем
хуже растворяется — тем лучше из него
адсорбируется. Это правило можно объяс-
нить тем, что процесс адсорбции из ра-
створов определяется не только энерги-
ей взаимодействия между молекулами
адсорбата и активными адсорбционными
центрами адсорбента, но и энергией вза-
имодействия между молекулами раство-
рителя и активными адсорбционными
центрами.
Сорбция является экзотермическим
процессом. С повышением температуры
адсорбция уменьшается, однако в ряде
случаев наблюдают обратную зависи-
мость: в узком температурном интервале
при достаточно большом температурном
коэффициенте растворимости адсорбция
с ростом температуры увеличивается, если
при этом растворимость адсорбата в дан-
ном растворителе уменьшается.
С ростом концентрации раствора ад-
сорбция на границе раздела твердое тело —
раствор возрастает до некоторого предель-
ного значения.
Основными факторами, обусловлива-
ющими специфичность адсорбции элек-
тролитов, являются знак заряда поверх-
ности адсорбента, величина и знак заряда
иона, его радиус и степень сольватации.
На положительно заряженных участках
поверхности из раствора адсорбируются
анионы, на отрицательно заряженных —
катионы. Адсорбционная способность
ионов (особенно катионов) на поверхно-
сти возрастает с увеличением их заряда.
Экспериментально установлено, что при
одинаковых зарядах адсорбционная спо-
собность больше у тех ионов, радиус ко-
торых в сольватированном состоянии
меньше. В соответствии с этим правилом
ноны по их адсорбционной способности
Рис. 2.8. Лиатропный ряд адсорбции
располагаются в определенной последова-
тельности, получившей название лиа-
тропных рядов. Лиатропный ряд адсорб-
ции катионов и анионов в воде показан на
рис. 2.8. На поверхности данного адсор-
бента преимущественно адсорбируются те
ионы, которые могут достраивать кристал-
лическую решетку этого адсорбента.
Переход ионов из объемной фазы
в поверхностный слой приводит к воз-
никновению двойного электрического
слоя (рис. 2.9). Расположение противо-
ионов в дисперсной среде определяется
двумя противоположными факторами:
тепловое движение стремится распреде-
лить ионы равномерно по всему объему
жидкой фазы, а силы электростатиче-
ского притяжения, наоборот, стремятся
удержать их вблизи поверхности раздела
фаз. В результате устанавливается диф-
фузионное распределение противоионов
с уменьшающейся концентрацией по мере
удаления от межфазной поверхности. Не-
обходимо также учитывать возможность
адсорбционного взаимодействия противо-
ионов с поверхностью дисперсной фазы.
Вследствие адсорбционного взаимодейст-
вия и электростатического притяжения
часть противоионов оказывается прочно
связанной с поверхностью дисперсной
фазы. Потенциалопределяющие ионы вме-
сте со связанными противоионами обра-
зуют адсорбционный слой, толщина кото-
рого невелика — она измеряется несколь-
кими ионными диаметрами. Оставшаяся
часть противоионов образует диффузион-
ный слой с убывающей концентрацией.
Потенциалопределяющие ионы созда-
ют на дисперсной фазе электрический
заряд. Противоположный по знаку заряд
сосредоточен в дисперсной среде. Раз-
ность потенциалов между дисперсной
фазой и дисперсной средой — электро-
динамический потенциал <р — опреде-
ляется свойствами данной дисперсной
системы. По мере удаления от межфаз-
ной границы его значение уменьшается.
Процесс обменной адсорбции можно
разделить на три стадии:
1. Первичная обменная адсорбция. За-
ключается в кинетическом обмене ионов
кристаллической решетки и ионов раство-
ра, способных входить в кристаллическую
решетку сорбента. На границе твердая по-
верхность — раствор возникает двойной
электрический слой. Загрязняемая поверх-
ность в результате действия электростати-
ческих сил притягивает ионы противопо-
ложного знака, в том числе и ионы радио-
активных изотопов. Часть ионов, непо-
средственно примыкающих к поверхности,
образует плотный слой (рис. 2.9, зона II).
Помимо электростатического притяжения
возможна специфическая адсорбция ионов
(хемосорбция). В этом случае ионы связа-
ны с поверхностью силами, имеющими хи-
мическую природу. Центры таких ионов
(зона I) расположены к поверхности бли-
же. чем центры ионов плотного слоя.
2. Вторичная обменная адсорбция. Во
внешней обкладке двойного электриче-
ского слоя происходит адсорбция любых
ионов со знаком, противоположным зна-
ку поверхности адсорбента. При этом
адсорбционные ионы не входят в состав
кристаллической решетки, а остаются в
прилегающем слое раствора.
3. Образование диффузного или раз-
мытого слоя: ионный обмен происходит
вследствие броуновского движения во
внешней, диффузной части двойного
электрического слоя.
Итак, ионы радиоактивных изотопов
могут быть связаны с поверхностью си-
лами электростатической и химической
природы, образуя адсорбционный слой
(первичная сорбция). Часть ионов
удерживается на поверхности, находясь
в диффузном слое (вторичная адсорб-
ция). Первичная обменная сорбция обу-
словлена кинетическим обменом ионов
кристаллической решетки с ионами ра-
створа, способными входить в кристал-
лическую решетку сорбента (изоморф-
ными или обладающими двумерным
сродством), причем сорбция их сопро-
вождается дегидратацией. Вокруг заря-
женной кристаллической поверхности
образуется слой противоположно заря-
женных ионов (вторичная обменная сорб-
ция). Вторично сорбированные ионы не
входят в решетку кристалла и не дегид-
ратируются. В наружной обкладке двой-
ного электрического слоя возможна так-
же ван-дер-ваальсова сорбция молекул
электролита (или эквивалентных коли-
честв катионов и анионов) путем обме-
на с молекулами воды.
Сорбция радионуклидов на поверхнос-
ти металлов. Поверхность металлов в боль-
а
Рис. 2.9. Двойной
электрический слой
на границе твердая <
фаза — раствор
в отсутствие (а)
и при наличии (6)
специфической
адсорбции
/
шинстве случаев покрыта слоем сорби-
рованного кислорода, пассивной защит-
ной пленкой или слоем коррозионных от-
ложений. Следовательно, сорбция про-
исходит либо на поверхности металла,
покрытой слоем хемосорбированного
кислорода, либо на поверхности оксид-
ной пленки (если она является защитной,
беспористой), либо на поверхности
металла и оксидной пленки (если она
пористая и несплошная). Сорбция на
металлической поверхности часто зависит
от ее предварительной обработки (закалка,
шлифование, полирование и др.), так как
тип обработки определяет структуру,
дефектность и скорость окисления по-
верхности металла.
Большинство оксидных пленок метал-
лов — полупроводники: TiO2 (рутил) —
полупроводник л-типа, NiO и FeO —
полупроводники p-типа. Часть оксидных
пленок имеет собственную проводимость
(например, a-Fe2O3), но при наруше-
нии стехиометрии возникает проводи-
мость р-типа.
Рис. 2.10. Сорбция 1?7Cs(I), 106Ru (III),
6?Zn (II); "SO42" на нержавеющей стали
в зависимости от pH раствора
На металлах, защищенных полупро-
водниковыми оксидными пленками и
хемосорбированным кислородом, возмож-
на электростатическая и обменная хемо-
сорбция. Первая определяется поверхно-
стным зарядом, вызывающим сорбцию
катионов или анионов во вторичной об-
кладке двойного электрического слоя.
Ионообменная сорбция катионов про-
текает посредством обмена с ионами Н+,
отщепляющимися при кислотной диссо-
циации поверхностных гидроксильных
или аквагрупп оксида.
В настоящий момент установлена за-
висимость сорбции анионов и одно-двух-
зарядных катионов на нержавеющей ста-
ли, золоте, платине от pH раствора. Мак-
симальная сорбция анионов 1311-, 35SO42-,
32РО43- наблюдается в слабокислых сре-
дах (pH = 2-^-4) и в интервале pH = 7-^9,
максимальная сорбция катионов (60Со24,
137 Cs+) — при pH > 6-г7. Подобная зави-
симость сорбции от pH объяснена ионооб-
менными и электростатическими взаимо-
действиями. При низких pH вследствие
потенциалобразующей сорбции Н+-ионов
или отщепления ОН -ионов из поверх-
ностных групп Me — ОН поверхность
приобретает положительный заряд, что
приводит к электростатической сорбции
анионов, которые, в свою очередь, могут
обмениваться с другими анионами из
раствора. При pH >7 сорбция анионов
обусловлена обменом с ионами ОН-.
Сорбция катионов при высоких pH име-
ет электростатический характер, при бо-
лее низких pH — обменный.
Анализ кинетики сорбции и десорб-
ции 66Zn, 45Са и 210Ро на нержавеющей
стали показал, что сорбция включает, по
крайней мере, три различных процесса
со средними полупериодами 2 мин, 45 мин
и 4 ч. Этими процессами могут быть об-
менные взаимодействия: Н2О — Ме2+,
2Н+ — Ме2+, Fe2+ — Ме2+ (или диффу-
зия катиона вглубь оксида), так как на
сорбцию влияют pH и концентрация в
растворе ионов Fe2+ или других много-
зарядных, особенно гидролизованных,
катионов. Сорбция в большинстве слу-
чаев малообратима.
Характер сорбции определяется и хи-
мической природой радионуклида. На
рис. 2.10 и 2.11 показаны зависимости сорб-
ции различных радионуклидов [144Се (III),
51Сг (III), 24lAm (III), ^Со (II), 137Cs (I),
65Zn (II), 106Ru (III), 233Pa (V), 51CO42-,
35SO42-] на нержавеющей стали (Am
и Pa — на железе и никеле) от pH ра-
створа. Максимальная сорбция трехвалент-
ных нуклидов (Се, Сг, Am, Ru) наблю-
дается в интервале pH = 5-5-8; двух-
валентных (Со, Zn) и Cs+ — при pH > 8.
Сорбция анионов максимальна в области
pH = 4-5-7.
Изоэлектрическая точка нержавеющей
стали в водных растворах наблюдается
при pH » 9,0. Таким образом, сорбция
двухвалентных катионов, протекающая
при pH > 8, очевидно, обусловлена от-
рицательным зарядом поверхности и име-
ет в значительной мере электростатиче-
ский характер, как и сорбция анионов
при меньших pH. Характер сорбции гидро-
лизующихся нуклидов более сложен, сорб-
ция максимальна в области pH = 2-^5.
По-видимому, сорбируются гидроксоком-
плексы, имеющие низкий положитель-
ный заряд, что облегчает подход иона
к поверхности сорбента, заряженной по-
ложительно. Образование гидроксоком-
плексов и максимальная сорбция много-
валентных элементов наблюдаются при
более низких pH, чем у трехвалентных.
Объяснение повышенной сорбционной
способности гидроксокомплексов основа-
но на теории двойного электрического
слоя (ДЭС). ДЭС является областью
с высокой напряженностью электриче-
ского поля, в которой происходит зна-
чительное снижение диэлектрической по-
стоянной среды (например, для воды —
от 78,5 до 6). Ион, сорбируемый в плот-
ном слое Гельмгольца, частично или пол-
ностью теряет вторичную гидратную
оболочку, что требует определенных за-
трат энергии. Уменьшение заряда иона
при гидролизе приводит к снижению сво-
бодной энергии гидратации ( =
= 7,7 • 105, a -AGjoOH+ = 1,9- КРДж/моль).
В ДЭС у поверхности сорбента, имею-
щего низкую диэлектрическую постоян-
ную, происходит еще большее снижение
энергии гидратации, облегчающее дегид-
ратацию и сорбцию. Таким образом,
уменьшение заряда иона при гидролизе
Рис. 2.11. Сорбция в зависимости
от pH раствора:
1 — 2ПРа (V) на железе; 2— 241Am (III)
на никеле; 3...6 — соответственно
5lCrO42,l44Ce (III), 51Сг (III), 60Со(П)
на нержавеющей стали
снижает энергетический барьер сорбции,
ионы могут ближе подойти к поверхнос-
ти, при этом усиливаются кулоновские
и короткодействующие силы притяже-
ния, способствующие сорбции.
Уменьшение диэлектрической постоян-
ной среды в ДЭС у поверхности сорбента
снижает растворимость гидроксидов ме-
таллов, причем разность между значени-
ями поверхностного и объемного осажде-
ния гидроксида пропорциональна квад-
рату заряда иона металла. Поэтому по-
верхностное осаждение гидроксидов
многовалентных металлов может проте-
кать при значительно меньших pH, чем
объемное. Совокупность повышенной сорб-
ции гидроксокомплесов и поверхностно-
го осаждения гидроксидов объясняет при-
роду сорбции гидролизующихся элемен-
тов на поверхности окисленных металлов.
Сорбция радионуклидов зависит так-
же от вида металла (рис. 2.12). Наиболь-
шая сорбция отмечена на перлитной стали,
Рис. 2.12. Зависимость сорбции на конструкционных материалах из загрязняющих растворов “Со (л),
L’7Cs (6), 51Сг (в) от времени выдержки и физико-химического состояния поверхности при 20 °C:
1, 2, 3 — образец стали 20 после обработки дезактивирующим раствором, механической обработки
и добавки 0,5 г/л хромата калия соответственно; 4 — образец стали 08Х18Н10Т; 5 — сплав циркония НО
наименьшая — на сплаве циркония. Об-
работка образцов дезактивирующим ра-
створом приводит к химической актива-
ции поверхности и увеличению сорбции.
Действие ингибитора коррозии противо-
положное — в его присутствии сорбция
уменьшается. Сорбция 60Со на стали 20
почти в 100 раз превышает сорбцию 137 Cs,
причем предварительная обработка или
присутствие ингибитора сказывается на
сорбции ^Со в большей степени. При до-
бавке ингибитора в загрязняющий раствор
нивелируется влияние вида конструкци-
онного материала и радионуклида на сорб-
цию. Объяснение механизма сорбции про-
стое: при введении в систему анодных
ингибиторов коррозии потенциал повер-
хности металла сдвигается в положитель-
ную сторону и подход к поверхности по-
ложительно заряженных радиоактивных
ионов затруднен.
Если на поверхности металла оксид-
ная защитная пленка отсутствует, возмож-
но участие в процессе сорбции и самого
металла. В этом случае сорбция радио-
нуклидов может происходить в резуль-
тате электрохимического обмена (цемен-
тации) или под действием местных ЭД С,
возникающих при неоднородности поверх-
ности металла. Наличие включений, за-
грязнений, дефектов структуры вызыва-
ет образование локальных элементов, рас-
творение металла в анодных областях
и осаждение в катодных. Такого рода вы-
деление на металлах характерно для ра-
диоактивных изотопов элементов с вы-
сокими положительными электродными
потенциалами (Ru, Ро, Ag и т. п.). На-
чальная стадия цементации — сорбция
катиона на поверхности металла, за ней
следуют разряд (или перемещение иона
по поверхности до энергетически выгод-
ного участка и разряд) и включение
в структуру металлического осадка. Ско-
рость цементации зависит от природы
металлов, участвующих в электрохи-
мическом обмене, их стационарных
потенциалов в растворе, состава раство-
ра и температуры.
Достаточно общая модель хемосорбции
ионов на поверхности металлов предложе-
на П. М. Нассоновым. Основные посту-
латы этой модели таковы: сорбция проис-
ходит на однородных участках равномерно
неоднородной поверхности при достаточ-
но сильном взаимодействии сорбента
и сорбата. Предполагается, что все ионы
сорбированы по изотерме Ленгмюра. В мо-
дели рассматриваются хемосорбированные
ионы, входящие, например, в состав со-
единений типа МеХ = Ме<7О6(ОН)г(ОлЛ),л
для случая дополнительно сорбированно-
го катиона. Сорбция представляет собой
процесс активированного обмена ионов,
входящих в состав поверхностных соеди-
нений, на ионы раствора — процесс, ос-
ложненный изменением сорбции при
изменении потенциала металлического
сорбента.
Реакция обмена х-валентного катиона
АГна г-валентный катион L
Меа0й(0Н)с(0^)„,+/7Г+ +
+(хт - mz)H+
MeaOrf(OH)/(O.£)„ + тКх+.
Для вывода кинетических уравнений
реакции обмена катионов приведенное
уравнение можно представить в следую-
щем виде:
(/иА"х+)адс +mL:+ +(xm-nz)}A+
(nL:+ ) + mKx+
(индекс «аде» означает адсорбированный).
К примеру, сорбционные равновесия
91Y на Pt имеют следующий вид:
Pt + YC13 +Н2О <-> Pt (ОН) -OYC1+HCL
PtO+ [ Y (С1О4 ), ] Pt (С1О4) -ОY (С1О4 )2.
Таким образом, сорбированные фор-
мы имеют сложный состав и включают
оксо- и гидроксогруппы, катионы метал-
лов и анионы кислот.
Сорбция радионуклидов на оксидах
и гидроксидах металлов. Радионуклиды,
поступающие в теплоноситель (воду) из
активированных конструкционных мате-
риалов или продуктов коррозии, а также
из негерметичных твэлов, переносятся по
контуру, сорбируются коллоидами и взве-
сями продуктов коррозии и соосаждают-
ся с ними при их коагуляции, образуя
радиоактивные отложения. Поэтому для
прогнозирования распределения радиоак-
тивности в контурах ЯЭУ необходимо
знать закономерности соосаждения и сорб-
ции радионуклидов оксидами и гидрок-
сидами Fe, Сг, Ti и других металлов, вхо-
дящих в состав конструкционных ма-
териалов.
Механизмы сорбции на оксидах
(МехОр) и окисленной поверхности ме-
таллов (Me) близки, некоторые различия
могут быть обусловлены своеобразием си-
стемы Ме/МелОг, которая имеет более
высокую диэлектрическую проницаемость,
а также различиями в составе и структуре
оксидных пленок и дисперсных оксидов.
Оксиды и гидроксиды по своей при-
роде являются слабыми ионообменника-
ми, содержащими гидроксо- или аква-
группы в нестехиометрическом отноше-
нии к атомам металла. Поэтому сорбци-
онные свойства оксигидратов зависят
от pH и состава раствора; емкость колеб-
лется от 0,5 до 2 г • экв/моль. В основе
ионообменного механизма сорбции ле-
жит способность концевых гидроксиль-
ных или аквагрупп оксигидратного сор-
бента к протолизу (кислотную диссоциа-
цию можно рассматривать и как потен-
циалобразующую первичную сорбцию
гидроксила). Соответственно на системы
с оксигидратными сорбентами могут быть
распространены закономерности вторич-
ной сорбции, характерные для полярных
кристаллов. Таким образом, в основе про-
цессов сорбции на оксигидратных сор-
бентах и на окисленной поверхности ме-
таллов лежит один и тот же механизм.
Сорбция катионов щелочных и ще-
лочноземельных металлов протекает в со-
ответствии с законом действующих масс
по реакции
Я-ОН<=»
«з»Я-Сг|н+;Я-(г|н+ +Ме+
«з» Я - О" |Ме+ +Н+|
или
Л-Н2О<з»
<=»Я-ОН"|н++Ме+«=>
R - ОН- |ме+ + Н+.
Возможна и вторичная сорбция катио-
нов при потенциалопределяющей сорб-
ции ОН-ионов.
Уравнение изотермы сорбции связы-
вает коэффициент распределения микро-
компонента е с pH раствора:
lg8 = B + zpH.
где В — постоянная; z — стехиометри-
ческий коэффициент обмена (заряд ка-
тиона микрокомпонента). Постоянная В
включает константу обмена, массу сор-
бента, объем раствора и ионообменную
емкость сорбента.
Сорбция анионов возможна при по-
тенциалопределяющей сорбции Н1 -ионов
или вследствие обмена с ОН -группами.
Коэффициент распределения не дол-
жен зависеть от массы сорбента, но в ра-
диохимических сорбционных системах
часто наблюдаются отклонения от зако-
на Генри, чаще всего обусловленные при-
сутствием в растворе различно сорбиру-
ющихся форм.
Катионы гидролизующихся металлов
могут сорбироваться вследствие «сополи-
меризации», т. е. процесса, подобного
первичной сорбции, когда ион включа-
ется в состав гидроксида в результате об-
разования своего рода комплексных со-
единений с ОН -группами сорбента. Воз-
никающие слабые координационные свя-
зи вследствие оксоляции могут перейти
в валентные:
Я(он+Ме(Н2О)*++z4~ «з*
<=> >Me(H2O);t2 | zA~ + 2H2O.
[л<^)Ме(Н2О)„_2]° +2H+ + zA~.
Некоторые авторы объясняют этот вид
сорбции, используя представления о кис-
лотно-основном взаимодействии, комп-
лексообразовании и т. п.
Сорбция ^Со на ZrO2, NiFe2O4, Fe3O4
и Fe(OH)3 резко возрастает при pH > 6^-8.
Аналогичная закономерность наблюдается
и при сорбции Ru, La, Се, Sr на Fe(OH)3.
Заряд преимущественно сорбируемой
формы меньше заряда соответствующего
катиона и для Sr, Ва и Со близок к 1.
В присутствии посторонних солей (NH4C1
и др.) сорбция 60Со уменьшается, но за-
висимость ее от pH сохраняется. На ос-
новании полученных данных сделан вы-
вод, что сорбируются гидроксокомплексы.
Сорбция имеет обменный или электро-
статический характер. Гвдроксокомплексы
обладают повышенной сорбционной спо-
собностью. Для уменьшения этого явле-
ния ДЭС у поверхности сорбента pH дол-
жен быть выше, чем в объеме раствора, так
как преобладающий в растворе ион Со2+
может в поверхностном слое преобразо-
вываться в СоОН+, а сорбируясь, пре-
вращаться в Со(ОН)2. Электронная
и ИК-спектроскопия поверхности сорбен-
та показала, что форма сорбированного
Со соответствует Со(ОН)2. Сорбция Со
на оксигидратах представляет собой эндо-
термический процесс и повышается с ро-
стом температуры. При температуре выше
200° С возможно образование ферритов
и соединений типа СоА12О4.
У поливалентных радионуклидов, более
склонных к гидролизу, например Sc, Y,
возможна сорбция оксигидратами гилроксо-
комплексов типа Sc(OH)2+. При одно-
временном образовании в растворе мало-
растворимых гидроксидов макро- и мик-
рокомпонента возможна их совместная
коагуляция. Растворимость продуктов
коррозии конструкционных материалов
в воде при высокой температуре мала.
К сожалению, литературные данные по
растворимости (особенно в области тем-
пературы выше 100 ЭС) часто разноречивы
и недостаточно точны. Значения констант
гидролиза и растворимости оксидов
Fe (II, III), Со (II) и Сг (III) приведены
в табл. 2.3.
Константы гидролиза слегка возрас-
тают с повышением температуры, одна-
ко Fe(OH)3 и его модификации ос -FeOOH
и у -FeOOH при 200эС преобразуются
в a -Fe2O3 • Н2О, a Fe(OH)2 — в Fe3O4
по реакции Шикорра:
7Fe(OH)2-> 2Fe3O4+Fe+H2+6H2O.
Растворимость оксидов Fe, Со сни-
жается с повышением pH до 9—10 и тем-
пературы до 250—300 °C. В зависимости
от pH, окислительно-восстановительного
потенциала среды и температуры в воде
могут присутствовать следующие раство-
римые формы Fe, Со и Сг: FeOH+,
Fe(OH)2, Fe3O4, Со2+, СоОН+, СгОН2+,
СоО • Н2О, СгО247 Сг2О3. Растворимость
оксидов Fe, Сг, Со, Ni минимальна в об-
ласти pH = 9-Н1.
Хотя данные по растворимости Со
в воде при 300 °C несколько неопреде-
ленны, все же очевидно, что он может
находиться в водном теплоносителе как
в растворенной форме, так и в виде
коллоидов, если предел растворимости
гидроксида (оксида) превышен. Молеку-
лярно-дисперсные формы Со могут сор-
бироваться взвесями и отложениями,
а коллоиды соосаждаться с оксидами Fe.
Радионуклиды, образующие менее раство-
римые гидроксиды (Zr, Nb, Ри и др.),
должны преимущественно соосаждаться
с оксидами Fe. Для большей определен-
ности представлений о поведении радио-
нуклидов в теплоносителе необходимо
иметь более достоверные данные об их
состоянии, растворимости гидроксидов
Со, Fe, Cr,Ni и др., а также о законо-
мерностях сорбции и соосаждения с ок-
сигидратами при 200—300 °C.
При температуре до 100 °C коагуля-
ция и осаждение гидратированных ок-
сидов и гидроксидов металлов протека-
ют в соответствии с закономерностями
коагуляции и седиментации гидрофоб-
ных коллоидов. Устойчивость дисперс-
ных систем обусловлена поверхностным
Таблица 2.3. Ступенчатые константы гидролиза рК, 1g ПР гидроксидов Fe(II, III),
Со(П), Сг(Ш) и растворимость их окислов S
Радио- Параметр Температура, °C
нуклид 25 50 100 150 200 250 300
рк, 9,6 9,26 8,4 7,8 7.0 6,4 5,9
рк2 8,6 7,86 6.6 5,8 5,2 4,7 4,2
-1g ПР 16,5 16,3 — 16,9 17,7 18,8 20,0
Со(П) S', мкг/кг. при pH = 7 — — — — — — 0,05-0,2*
S, мкг/кг, при pH = 9 40 — 30 — 8 — 3
Fe(II) pKj - ignp 9,2 14,9 7,97 - 4,67 - 2.79 —
pKi 2,43 1,63 — 0,12 — -0,7 —
рК2 2,72 3,81 — 0,83 — -0,75 —
Fe(III) - Ignp S’ мкг/кг 41,55 40,25 38.6 37,8 3 — -
(pH = 9) 150 — — - 3.5-5 - 5-8
pKi 4,1 3.3 2.46 - - - -
Cr(III) -ignp 30.18 - - - - - -
S, мкг/кг - - — - - - 0,2
* Со в составе шпинели
зарядом частиц и их сорбционно-гид-
ратной оболочкой, создающими барьер
для сближения частиц. Поверхностный
заряд частиц оксидов возникает вслед-
ствие потенциалобразующей сорбции
Н+- или ОН -ионов (или диссоциации
поверхностных групп). Изоэлектриче-
ская точка (ИЭТ) оксигидратов металлов
наблюдается при различных значениях
pH в зависимости от природы централь-
ного иона, ионной силы и состава вод-
ной среды:
^ксид, гидроксид * a -FeOOH РезО4 FeiOj Fe(OHh
рНиэт(25 °C) 5.4-7.3 6.5±0.2 8.2-8.5 12±0.5
7.5x0.1 9.3;7.0 8.0 -
Оксид, гидроксид NiO Ni(OH)? Со(ОН)2 СгзОз
рНпэт(25 °C*) 10.3±0.3 11.2 11.4 7.0
11.3 11-12 10.75 -
Чем меньше разность между pH рас-
твора и ИЭТ, тем ниже заряд частиц
и больше вероятность коагуляции. Вли-
яние сорбционно-гидратного барьера при
высокой температуре снижается, что также
является дестабилизирующим фактором
для дисперсий продуктов коррозии.
Коагулирующая способность электро-
литов возрастает с увеличением заряда
(валентности) противоиона. В некоторых
случаях возможна коагуляция разноимен-
но заряженных частиц. В теплоносителе
первого контура присутствуют продукты
радиолиза воды: радикалы ОН, Н, НО2,
Н2О2 и др. В результате окисления Fe
(II) до Fe (III) или сорбции противоио-
нов заряд частиц может снижаться, что
способствует коагуляции нестойких дис-
персий. Фрагменты посторонних, ме-
нее растворимых веществ часто явля-
ются центрами нуклеации, причем нук-
леация на гетероядрах в отличие от го-
могенной нуклеации может протекать
в менее пересыщенных растворах. Ге-
терокоагуляция в большей степени оп-
ределяется типом решетки и атомными
расстояниями, чем химическим подо-
бием коагулирующих веществ. Это яв-
ление может лежать в основе процес-
сов соосаждения микрокомпонентов с
макроколлекторами.
Показатель водородных ионов среды
влияет на скорость агрегации и седимен-
тации в связи с изменением растворимо-
сти оксидов и заряда коллоидных час-
тиц. При pH * 7 отложения состоят из
одной тонкой, плотно сцепленной с ме-
таллом пленки и рыхлого слоя. С увели-
чением pH количество рыхлых отложе-
ний уменьшается, а плотные слои стано-
вятся толще.
Скорость седиментации зависит от
скорости потока теплоносителя; в за-
стойных зонах накапливается крупно-
дисперсная фракция, при высокой ско-
рости потока количество отложений
уменьшается.
Существенно влияют на процесс от-
ложения температура, тепловые потоки
и ионизирующее излучение. Замечено,
что на теплопередающих поверхностях
происходит преимущественное образова-
ние отложений. Осаждение, по-видимо-
му, протекает под действием электриче-
ского поля, создаваемого термоэлектрод-
вижущей силой в пограничном слое.
Предпочтительное образование отложе-
ний в областях с максимальными радиа-
ционными или нейтронными потоками
пока не имеет удовлетворительного
объяснения. Предполагают, что происхо-
дит электростатическое осаждение.
Сорбция радионуклидов на полимерных
материалах. К полимерным материалам
относят лакокрасочные и полимерные
защитные покрытия. Физико-химические
и механические свойства этих материа-
лов существенно отличаются от свойств
металлов. Полимерные материалы обла-
дают меньшей плотностью, твердостью,
механической прочностью. Некоторые из
них набухают во влажном воздухе и воде,
набухание ведет к увеличению объема,
проницаемости и поглотительной способ-
ности полимера по отношению к газам,
жидкостям и ионам. Способность к на-
буханию зависит от степени гидратации
функциональных групп и от числа по-
перечных связей («сшивки»). При нали-
чии в составе материала гидрофильных
групп усиливаются диффузия молекул
воды в полимере и его набухание. Чем
выше поперечная связанность полимера,
тем ниже степень набухания. При набу-
хании полимер изменяет свою структу-
ру; механические напряжения, возника-
ющие при этом, могут привести к нару-
шению целостности полимера.
На полимерах возможна физическая
сорбция, но наиболее характерна для них
химическая, ионообменная и молекуляр-
ная. Молекулярная хемосорбция на инерт-
ных полимерах обусловлена структурными
неоднородностями поверхности и может
быть описана изотермой Фрейндлиха.
Ионообменная сорбция связана с нали-
чием в полимере реакционно-способных
групп (карбоксильных, гидроксильных,
аминных), вступающих в обменные вза-
имодействия. Ионообменная емкость по-
лимеров невысока, но достаточна для
удерживания радиоактивных загрязнений.
Высокое сродство ионов поливалентных
металлов к карбоксильным группам яв-
ляется причиной удерживания соответ-
ствующих радионуклидов на поверхнос-
ти и отсутствия проникновения их по
микропорам в толщу материала.
В кислых средах и растворах электро-
литов диссоциация поверхностных групп
подавляется, а набухание полимера об-
легчает диффузию ионов внутрь сор-
бента к месту обмена и вытесненного
иона к поверхности. Обычно коэффи-
циенты диффузии в полимерах не пре-
вышают 10~6—10~5 см2/с, но коэффици-
енты проницаемости, характеризующие
перемещение сорбируемого иона внутри
сорбента и зависящие от степени набу-
хания полимера, колеблются в широких
пределах.
Набухший полимер можно рассматри-
вать как «гелевый сольвент». Вещество
может распределяться между водным ра-
створом и набухшим полимером, как при
экстракции органическим растворителем.
Переходу катионов в «гелевый сольвент»
способствует кислая среда или высокая
концентрация солей («высаливание»).
Применение пигментов и наполнителей
в полимерных композициях часто раз-
рыхляет их структуру и способствует
более глубокому проникновению радио-
нуклидов. Некоторые вулканизирующие
агенты и пластификаторы способны
к комплексообразованию с катионами ряда
металлов, что также способствует экст-
ракции и проникновению радиоактивных
веществ в полимерные покрытия. Таким
образом, для обеспечения защитных
функций полимерные покрытия не долж-
ны содержать компонентов, способных
к комплексообразованию и ионообмен-
ным взаимодействиям.
2.3. ВЛИЯНИЕ ОКИСЛЕНИЯ
И КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ
НА ПРОЦЕССЫ РАДИОАКТИВНОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ
И ДЕЗАКТИВАЦИЮ
Коррозия — это процесс разрушения
металлов (сплавов) вследствие химиче-
ского, электрохимического или биохими-
ческого взаимодействия их с окружаю-
щей средой.
Если поверхность металла в течение
процесса сорбции претерпевает измене-
ния (коррозия, окисление), то могут из-
меняться сам характер сорбции, проч-
ность связи, глубина проникновения нук-
лида в материал и т. п. Окисление ме-
таллических поверхностей в атмосферных
условиях и в воде, особенно при повы-
шенной температуре, протекает в три
стадии:
образование оксидной пленки;
закрепление молекул окислителя на
поверхности предыдущего слоя (физиче-
ская сорбция);
рост пленки оксида.
Хемосорбированный окислитель пере-
ходит в пленку путем перестройки атомов
металла и окислителя на поверхности так,
что их положение в пространстве прибли-
жается положению в оксиде. Соотношение
параметров решетки металла и оксида вли-
яет на защитные свойства оксида.
При окислении одновременно проте-
кают три процесса, локализованных в раз-
ных местах:
поступление окислителя и его иони-
зация (внешняя поверхность раздела);
поступление в оксид металла и его
ионизация (внутренняя поверхность раз-
дела металл—оксид);
самопроизвольный массообмен (путем
диффузии) в толще оксида.
Скорость окисления определяется ре-
акциями на границе фаз и диффузион-
ными процессами, сплошностью и за-
щитными свойствами поверхностной
пленки и зависит от наличия в ней тре-
щин. Поскольку пленки продуктов кор-
розии обычно хрупки и малопластичны,
образование трещин в известной степе-
ни зависит от того, претерпевает ли
пленка в процессе роста растяжения, бла-
гоприятствующие ее разрушению, или
же она образуется в условиях сжатия.
Это, в свою очередь, зависит от соотно-
шения между объемами продуктов кор-
розии Иок и металла Км, из которого они
образовались:
Гок ^ЛкРм
1М лА/мРок
где Ик — объем оксида; Мок — молЙрная
масса оксида; рм — плотность металла;
п — число атомов металла в молекуле ок-
сида; Мм — молярная масса металла;
рок — плотность оксида.
Если VOK / VM < 1, образующаяся плен-
ка не может быть сплошной и не может
защищать металл от коррозии. Скорость
роста пленки во времени у таких метал-
лов остается постоянной.
Для металлов, у которых в результате
химической коррозии получаются сплош-
ные пленки (Йок / Им > 1), процесс кор-
розии будет тормозиться диффузией ре-
агентов через пленку, и по мере утолще-
ния пленки дальнейший рост ее будет
все время замедляться.
Наиболее высокими защитными свой-
ствами обладает сплошная, достаточно
тонкая прочная эластичная пленка. Оп-
тимальная толщина пленки определяется
достаточной степенью торможения встреч-
ной диффузии молекул агрессивного
агента и ионов металла. На большинстве
металлов защитная пленка после дости-
жения определенной толщины растрес-
кивается, что позволяет коррозии разви-
ваться дальше. Разрушение пленки воз-
можно, если ее объем больше объема ме-
талла, на месте которого она образовалась:
внутренние напряжения, сжимающие
пленку параллельно поверхности, стре-
мятся оторвать ее от металла, и при вы-
соких внутренних напряжениях она раз-
рушается. Таким образом, важны не толь-
ко защитные, но и механические свой-
ства пленки — прочность, упругость.
Таблица 2%. Десятибалльная шкала оценки коррозионной устойчивости металлов и коррозионной актив-
ности сред по ГОСТ 13819—68
Г руппа стойкости Балл Тебина коррозионного проникновения, мм/год Скорость коррозии Характеристика устойчивости металла
Железо и железные сплавы Медь и медные сплавы Свинец и свинцовые сплавы Алюминий и алюминиевые сплавы
Совершенно стойкие 1 0.001 0.0009 0.001 0,0013 0,0003 Полностью устойчивый
Весьма стойкие 2 0.001—0.005 0.0009-0.045 0.001-0,005 0,0013—0,065 0,0003—0,0015 Повышенная устойчивость
3 0,005—0.010 0.0045—0,0090 0.005—0,010 0,0060—0,0130 0,0025—0,003
Стойкие 4 0.01—0.05 0,009—0,045 0.01—0,05 0,013—0,065 0,003—0,025 Устойчивый
5 0,05—0.10 0.045—0,090 0.05—0,10 0,065—0,130 0,025—0,030
Пониженно- стойкие 6 0,1—0,5 0.09—0,45 0,10-0,5 0,13—0,65 0,03—0,15 Пониженная устойчивость
7 0,5—1,0 0.45—0,90 0.5—1,0 0,65—1,30 0,15—0,30
Мало- стойкие 8 1,0—5,0 0.9-4,5 1.0—5,0 1,3—6,5 0,3—1,5 Слабо- устойчивый
9 5.0—10,0 4.5—9,0 5,0—10,0 6,5—13,0 1,5—3,0
Нестойкие 10 10,0 9,0 10.0 13,0 3,0 Неустойчивый
Глава 2. Физико-химические процессы радиоактивного загрязнения
Различная скорость коррозии метал-
лов в разных средах обусловлена, преж-
де всего, свойствами образующихся на
поверхности металлов пленок. При из-
менении состава внешней среды состав
и физико-химические свойства защитной
пленки также изменяются. Кроме того,
атомы различных реагентов с разной
скоростью диффундируют через защит-
ную пленку. Таким образом, скорость
химической коррозии определяется,
прежде всего, свойствами возникающей
при коррозии пленки на поверхности
металла, характер которой определяется
природой металла и окислителя, а также
температурой.
Окисление железа и его сплавов в ос-
новном происходит путем перемещения
ионов металла через слой оксида к внеш-
ней границе фаз, причем на окисление
сплавов влияют их состав, сродство ком-
понентов к кислороду, взаимная раство-
римость образующихся оксидов.
Коррозия металлов в воде при 200—
800 °C также приводит к образованию
на поверхности оксидных пленок. Поверх-
ность, подвергшаяся окислению, корро-
зии или травлению, характеризуется бо-
лее высокой способностью к сорбции.
Если радиоактивному загрязнению
подвергается поверхность металла с уже
сформированным оксидным слоем, то
вначале происходит сорбция или адге-
зия радиоактивных веществ, а затем при-
меси диффундируют вглубь окисного
слоя; скорость диффузии при 300 °C со-
ответствует средней глубине проникно-
вения в плотные оксидные слои от 0,02
до 2,0 мкм за 1,0 тыс. ч. При постоян-
ном поступлении радионуклидов в по-
верхностные слои они будут распреде-
ляться в оксидном слое с активностью,
убывающей от поверхности вглубь
оксида.
Для относительной характеристики
поведения металлов (сплавов) разработа-
на шкала коррозионной устойчивости
(табл. 2.4).
Скорость коррозии, г/(м2 • ч), можно
вычислить по формуле
_т^-тх
пм St ’
где mQ — масса исходного образца, г;
т1 — масса образца после коррозии, г;
S — площадь образца, м2; t — время ис-
пытания, ч.
Глубину коррозионного проникнове-
ния Ук п можно вычислить через скорость
коррозии:
j;.n=8,76^.
где Им — скорость коррозии, г/(м2 • ч);
у — плотность металла, г/см2; 8,76 — пе-
реводной коэффициент.
Во многих странах для оценки об-
щей коррозионной стойкости сталей
и сплавов, критерием которой служит
скорость коррозии (Ип м, мм/год), при-
нята пятибалльная система. В химиче-
ских и радиохимических производствах
обычно применяют материалы с баллом 1
(табл. 2.5), хотя в некоторых случаях,
при контакте с особо высокой агрессив-
ной средой, применяют материалы
и с баллом 2.
Кроме глубинного показателя ско-
рости коррозии Ип м, мм/год, пользу-
ются и показателем потери массы за
Таблица 2,5. Пятибалльная шкала кор-
розионной стойкости
Балл 1 км, мм/год Группа стойкости
1 До 0.1 Сильностойкие
2 0,11—1,0 Стойкие
3 1,1—3,о Пониженностойкие
4 3,1—10 Малостойкие
5 10.1 Нестойкие
определенный период времени на еди-
ницу площади К, г/(м2 • год), производя
пересчет одной величины в другую по
формуле
^.„=8,76-,
Y
где у — плотность металла, г/см3.
Показатель коррозионной стойкости ме-
таллов и сплавов в различных средах име-
ет наибольший приоритет при выборе тех-
нологий дезактивации для оборудования,
состоящего из различных металлов. Ниже
приведены сведения о коррозионной стой-
кости наиболее типичных металлов и спла-
вов, применяющихся в радиохимических
производствах и на АЭС. Часто пренебре-
жение такими сведениями приводит к вы-
ходу из строя или порче оборудования,
подвергающегося дезактивации.
Хромистые стали. Обладают высокой
стойкостью против общей коррозии в ат-
мосферных условиях и слабых раство-
рах кислот при комнатной температуре.
С повышением количества хрома корро-
зионная стойкость хромистых сталей уве-
личивается. Содержание в сталях 17 % Сг
обеспечивает первый балл стойкости в
65 %-й азотной кислоте при температуре
до 50 °C, а при содержании 25—28 % Сг
стойкость в азотной кислоте дополни-
тельно возрастает. Хромистые стали стой-
ки к межкристаллитной и питинговой
коррозии. Коррозиционно устойчивы
в серно-азотнокислых, азотно-фосфорно-
кислых, азотно-щавелевокислых, азотно-
уксуснокислых растворах с концентра-
цией ниже 8—10 % по сумме кислот.
Хромистые стали имеют первый балл
стойкости в водных растворах аммиака
всех концентраций при 20—100 °C, в водо-
проводной и речной воде и других слабо-
агрессивных средах. В щелочных раство-
рах каустика устойчивы стали с содержа-
ние более 25 % Сг.
Высокая стойкость хромистых сталей
(однако меньшая, чем аустенитных хромо-
никелевых сталей) объясняется способ-
ностью пассивироваться (создавать не рас-
творимые на поверхности соединения).
Высокохромистые ферритные стали обла-
дают повышенной чувствительностью
к хладноломкости, а при температуре 350—
540 °C происходят процессы, вызывающие
475-градусную хрупкость. Все типы хро-
мистых сталей хорошо поддаются дезакти-
вации в растворах азотной кислоты, а так-
же смесях азотной кислоты с серной, фос-
форной, щавелевой и другими кислотами.
Хромоникелевые аустенитные стали.
Группа хромоникелевых аустенитных ста-
лей, известная в мировой практике под
наименованием сталей типа 18—10, содер-
жит примерно 18±1 % Сги 10±1 % NLXpoM
обеспечивает способность стали к пасси-
вации. Никель в количестве 9—12 % пе-
реводит сталь в аустенитный класс и этим
обеспечивает высокую технологичность
с целым рядом уникальных свойств по кор-
розионной стойкости, жаростойкости,
жаропрочности и криогенным свойствам.
Введение титана облегчает переход стали
в пассивное состояние.
Стали типа Х18Н10 имеют высокую
стойкость к общей коррозии в широком
спектре сред и потому занимают веду-
щее положение в производств нержаве-
ющих сталей. Все марки сталей типа 18—
10 по стойкости против общей коррозии
достаточно близки.
Способность к пассивации обеспечи-
вает их высокую стойкость:
в азотной кислоте и ее смеси с серной
кислотой при температуре до 100 °C (пер-
вый балл стойкости);
в 40 %-й фосфорной кислоте при той же
температуре;
в смеси азотной и фосфорной кислот;
в органических кислотах до темпера-
туры кипения:
в 10—12 %-й щавелевой, 70 %-й уксус-
ной, 50 %-й лимонной,
смеси 5—12 %-й щавелевой и 5—10 %-й
лимонной,
смеси 5—20 %-й азотной и 5—10 %-й
щавелевой;
в 25 %-й щелочи КОН при кипении
идо 50 %-й — при 120 °C.
Характеризуются высокой стойкостью
в атмосферных условиях и во многих га-
зовых средах.
Все типы сталей 18-10 хорошо дез-
активируются азотной кислотой с добав-
ками других кислот. Наведенная в сталях
активность объясняется наличием в них
кобальта в количестве 0,003—0,005 %.
Алюминий. В кислотах и щелочах алю-
миний равномерно корродирует. На его
поверхности присутствует плотная защит-
ная оксидная пленка, неоднородность ко-
торой вызывает развитие коррозии как в
глубину, так и в ширину. В минераль-
ных кислотах (соляной, серной, фтористо-
водородной) алюминий неустойчив;
в концентрированной азотной кислоте
пассивируется, в растворах с низкой (бо-
лее 5 %) концентрацией азотной коло-
ты интенсивно разрушается, в очень раз-
бавленной (до 3 %) азотной кислоте при
20 °C устойчив.
В щавелевой, уксусной и фосфорной
кислотах алюминий чистотой 99,0—99,996 %
медленно разрушается.
Наличие 0,1 % примеси железа повы-
шает скорость растворения алюминия
в соляной и других кислотах в 100—160 раз,
а наличие 0,1 % меди — в 1600 раз. Со-
держание примесей кобальта и никеля еще
вредней, чем меди. Кремний и магний
практически не влияют на коррозионную
устойчивость алюминия. Цинк в неболь-
ших количествах также безвреден. Сви-
нец не оказывает никакого влияния при
содержании до 0,5—1,4 %.
Растворы едкого натра и калия, аммиа-
ка, а также гидроксиды кальция и бария
гораздо сильнее разрушают алюминий, чем
кислоты. С повышением концентрации
щелочи скорость коррозии увеличивается.
Коррозионная устойчивость в воде
зависит от чистоты алюминия. Техни-
ческий алюминий устойчив в воде с тем-
пературой до 130 °C, в то время как алю-
миний чистотой 99,99 % неустойчив даже
при 100 °C. Как правило, аппаратуру из-
готавливают из сплава с общим содер-
жанием железа и кремния около 1 % или
сплава САВ-1, содержащего 0,45-0,9 % Mg
и 0,7—1,2 % Si. Эти сплавы корродируют
в воде со скоростью 0,005—0,015 т/(м2 ч)
при температуре 100—130 °C.
Известны сплавы, содержащие 1—5 % Ni,
0,3—1,5% Fe и небольшие количества
других элементов, которые устойчивы в воде
до 350 °C.
Скорость коррозии алюминия в вод-
ных растворах зависит прежде всего от
их pH. Сильную коррозию вызывают
соли слабых кислот и сильных основа-
ний (Na2CO3) или сильных кислот и сла-
бых оснований [Fe(NO3)2]; самой высо-
кой реакционной способностью обладают
ионы хлора (NaCl, CuCl2 и др.). Суль-
фаты практически не оказывают корро-
зионного действия. В целом алюминий
обладает хорошей коррозионной стойко-
стью в растворах солей с pH = 6-^8.
Для защиты от коррозии и для повы-
шения термостойкости алюминиевых про-
водов их оксидируют в растворах серной,
хромовой или щавелевой кислот электро-
химическим способом и затем пропитывают
соответствующим лаком. Оксидирование
(анодирование) надежно защищает алюми-
ний и его сплавы от коррозии и повышает
их сопротивление механическому износу.
Медь. Коррозионные процессы в меди
и её сплавах определяются большой склон-
ностью меди к образованию комплексных
соединений с галогенидами, цианидами,
аммиаком, сульфатами и даже с водой.
Движение водной среды или детали
усиливает коррозию меди и её сплавов
вследствие ускоренной диффузии. Ско-
рость коррозии максимальна в турбулент-
ных зонах и понижается, когда на по-
верхности отлагаются продукты корро-
зии или образуются защитные пленки
(Qu2O, CuO). В аэрированной воде ско-
рость коррозии прямо пропорциональна
количеству растворенного кислорода.
Медь и медные ставы, особенно медно-
никелевые, устойчивы к действию щело-
чей и карбонатных растворов даже в при-
сутствии окислителя (КМпО4, К2Сг2О7,
Н2О2), но не устойчивы в аммиачных рас-
творах и содержащих аммиак средах.
Коррозия в растворах солей зависит
от природы аниона соли, pH раствора
и вида протекающих реакций. Скорость
коррозии может увеличиваться при пе-
ремешивании растворов (в 10—20 раз),
наличии в растворе двухвалентной меди
или трехвалентного железа. Медь анодно
пассивируется в щелочных буферных
растворах уксусного и фосфорного натрия.
Преимущественно имеет место равно-
мерная коррозия, однако встречаются
и такие виды коррозии, как язвенная,
межкристаллитная и растрескивание.
Прежде всего это касается латуней. Ско-
рость атмосферной коррозии меди и ла-
туни, которые относятся к группе мало-
стойких, составляет 1,3 мм/год. Корро-
зия зависит от pH водного раствора и ми-
нимальна при pH = 5,5-г7,5.
Медь и её сплавы имеют низкую
устойчивость во влажном пару. Медно-
никелевые ставы очень редко применя-
ются при температуре пара выше 260 °C.
Неорганические и органические кис-
лоты вызывают сильную коррозию меди,
особенно на воздухе. В 4—8 %-х щелоч-
ных растворах NaOH скорость коррозии
составляет 0,1 г/(м2 • сут).
В органических кислотах скорость кор-
розии зависит от природы кислоты:
Кислота Щавелевая Лимонная Уксусная
Ккор, гДм^суг) 0,1—0,2 1,2 3-18
Азотная, серная, фосфорная, соляная
кислоты при обычных температурах вызы-
вают коррозию меди, латуни и бронзы со
скоростью до 100 г/(м2 • сут). При аэрации
скорость коррозии увеличивается в 100 раз.
Оловянистые бронзы корродируют
с такой же скоростью, как меди и латуни.
Алюминиевые бронзы обладают по-
вышенной устойчивостью во многих сре-
дах и превосходят оловянистые бронзы.
Сплав с9%А1иЗ%Ре устойчив в во-
дяном пару до температуры 300 °C.
Свинец и его сплавы. Свинец обладает
высокой коррозионной устойчивостью
в ряде сред и применяется в виде листо-
вого материала для облицовки аппаратов
и изготовления труб. При 150 °C проч-
ность свинца и химическая устойчивость
резко уменьшаются.
Самопроизвольное растворение свин-
ца в кислотах возможно только в силь-
нокислых средах (pH < 2,0). В слабокис-
лых и нейтральных водных растворах
коррозия свинца затруднена вследствие
образования на поверхности плотной ок-
сидной пленки.
Наиболее сильное разрушение наблю-
дается в щелочных средах с образовани-
ем плюмбатов:
Pb + 2NaOH -» Na2PbO2 + Н21.
Скорость коррозии свинца в 0,2 н.
гидроксиде натрия при 17—20 °C состав-
ляет 0,6 г/(м2 • ч). В аммиачных раство-
рах свинец устойчив. В сернокислых ра-
створах с концентрацией до 70 % на его
поверхности образуется плотная сульфат-
ная пленка соли PbSO4, которая защи-
щает от дальнейшей коррозии. При бо-
лее высоких концентрациях и в олеуме
она растворяется, образуя сложные ра-
створимые комплексы H2[Pb(SO4)3] и др.
В азотной кислоте с концентрацией
до 60 % свинец неустойчив — образую-
щиеся соли хорошо растворимы, но при
более высоких концентрациях возникает
защитная пленка. Самая высокая раство-
римость свинца в 25—30 %-й HNO3.
Смесь 10—30 %-й азотной и 70—90 %-й
серной кислот не разрушает свинца, но
при этом наблюдается его коррозия.
Свинец устойчив в водном (при кон-
центрации до 25 %) растворе тройной сме-
си H2SO4 — HNO3 — Н2О (балл 5 или 6),
во фтористоводородной кислоте при кон-
центрации до 60 %, в фосфорной кисло-
те — до 75 %, а также в хромовой кислоте.
В соляной, уксусной кислотах и их сме-
си с азотной кислотой неустойчив, вы-
сокая скорость коррозии достигается за
счет образования микроэлементов. В же-
сткой воде обладает хорошей устойчиво-
стью, а в мягкой и дистиллированной
с высоким содержанием кислорода кор-
родирует с образованием РЬ(НСО3)2.
Повышенная коррозия свинца в ра-
створах цианидов, ацетатов, гипохлори-
тов, хлорорганических соединений, аль-
дегидов, фенолов делает свинец непри-
годным для этих сред.
Цирконий, ниобий и их сплавы. Цирко-
ний и его сплавы с ниобием (1—4,5 % Nb)
являются конструкционными материалами
для ядерной техники. Они имеют высокий
предел прочности и низкий коэффициент
поглощения нейтронов, обладают хоро-
шей коррозионной стойкостью в паро-
водяных средах при температуре до 360 °C.
На поверхности металла (сплава) образу-
ется защитная оксидная, неиспаряющая-
ся и слаборазрушающаяся пленка с до-
статочно сложной структурой.
Наиболее широко используется в прак-
тике цирконий-ниобиевые сплавы. Нио-
бий не только повышает прочностные свой-
ства, но и оказывает стабилизирующее
влияние на коррозионную стойкость.
Механизм влияния ниобия на процесс
окисления циркония не выяснен. Пред-
полагается, что в процессе окисления
в пленке оксида циркония (ZrO + ZrO2)
возможно присутствие ниобия в виде
NbO + Nb2O3 Nb2O5 или в виде соеди-
нений «ZrO • /«NbO; 6ZrO2 • Nb2O5 и дру-
гих, более легкоплавких, чем ZrO2, кото-
рые, располагаясь по границам кристал-
лов двуокиси циркония, способствуют “за-
лечиванию” дефектов защитной пленки.
Отрицательное влияние оксидных пле-
нок — низкая теплопроводность и растрес-
кивание с отколами поверхности металла.
Цирконий и его сплавы устойчивы
к различным видам коррозии в азотной
кислоте различных концентраций, но раз-
рушаются в дымящей азотной кислоте,
взаимодействуя с ней. Устойчивы в со-
ляной кислоте любой концентрации при
100 °C, в фосфорной кислоте с концент-
рацией до 60 %, в серной — до 90 %.
Цирконий устойчив в органических
кислотах (муравьиной, уксусной, щаве-
левой, лимонной и др.). В царской вод-
ке и растворах щелочей разрушается
(становится хрупким), в смеси азотной
и плавиковой сильно корродирует — рас-
творяется.
2.4. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА
ДИФФУЗИИ НА ПРОЦЕССЫ
РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Процесс сорбции вещества на поверх-
ности сопровождается его диффузией
в толщу сорбента. При достаточно высо-
кой скорости диффузии радионуклид
может проникать на большую глубину,
что приводит к невозможности его уда-
ления и нецелесообразности проведения
дезактивации.
Диффузия зависит от ряда факторов:
природы сорбированного вещества и сор-
бента, прочное™ их связи, соотношения
атомных масс и размеров, температуры
и др. Основное уравнение диффузии:
dCjdt = D^cjdt2}.
где С — концентрация диффундирую-
щего вещества; D — коэффициент диф-
фузии, т. е. количество вещества, прохо-
дящего в единицу времени через участок
единичной площади при градиенте кон-
центрации, равном единице (соответству-
ющем изменению 1 моль/л -> 0 моль/л
на единицу длины).
В идеальных твердых телах движущая
сила диффузии — градиент концентра-
ции диффундирующего вещества, а в ре-
альных телах с разупорядоченной решет-
кой, дефектами структуры — градиент
химического потенциала диффундирую-
щего вещества.
Механизм диффузии в твердых телах
заключается в миграции атомов и “дырок”
(вакансий) в кристаллической решетке.
Диффузионное перемещение осуществ-
ляется либо путем обмена с соседним ато-
мом или с вакансией, либо перемещением
через межузловое пространство. Атомы
(ионы) малых размеров преимуществен-
но диффундируют через междоузлия,
тяжелые металлы — по вакансиям, их
коэффициенты диффузии ниже. Вакан-
сии могут заполняться атомами основ-
ного вещества (самодиффузия) или ино-
родными атомами (гетеродиффузия).
Таблица 2.6. Коэффициент диффузии некоторых нуклидов в железе, его сплавах и
оксидах при нормальных условиях
Нуклид Диффузионная среда Тип диффузии Коэффициент диффузии, см2/с
59Fe Fe3O4 Объемная 6.7 • 10’22
Граничная 1.9 • 10’17
59Fe FeO Общая 5,4 • 10’13
60Со СоО -«- 1,4 • 10’16
51Сг СоСг2О4 3,4 • 10 17
Диффузионная способность обратно про-
порциональна растворимости вещества
в диффузионной среде, поэтому коэффи-
циенты самодиффузии примерно на поря-
док ниже коэффициентов гетеродиффу-
зии; диффузия обычно протекает в направ-
лении вещества с большими атомными
расстояниями.
Диффузия элементов замещения
(Сг, Ni), зависит от соотношения сил
связи Me—Fe и Fe—Fe. В присутствии
хрома вследствие большей прочности свя-
зи Сг—Fe увеличивается энергия обра-
зования вакансий, что тормозит обмен
атомов с вакансиями и самодиффузию Fe.
Наряду с диффузией в решетке, все-
гда протекает поверхностная диффузия
по границам зерен и дислокациям. При
низкой температуре скорости этих видов
диффузии часто на несколько порядков
выше объемной, в то время как при вы-
сокой температуре фактически протекает
только объемная диффузия.
Свойства атомов на поверхности от-
личаются от свойств атомов в объеме из-
за наличия некомпенсированных связей,
избытка свободной энергии и повышен-
ной концентрации дефектов, поэтому
перемещение атомов по поверхности тре-
бует меньших энергетических затрат.
Поверхностная диффузия, протекающая
быстрее объемной, может привести к рас-
пространению локально сорбированных
радиоактивных загрязнений.
Диффузия в оксидах (оксидных плен-
ках) часто протекает быстрее, чем в ме-
талле, так как оксиды обычно имеют
большую концентрацию дефектов. Тен-
денция к диффузии радионуклидов из
металла в оксид обусловлена градиентом
химического потенциала. Чуждые крис-
таллической решетке металла радиоак-
тивные примеси в основном концент-
рируются в дефектах решетки и поверх-
ностных слоях, особенно оксидных. Из-
быток радионуклидов возникает
вследствие наличия вакансий противо-
положного характера или избытка ионов
в междоузлиях. Тенденция к диффузии
радионуклидов из металла в оксид обу-
словлена градиентом химического потен-
циала. Диффузия в объем металла воз-
можна для радионуклидов — изотопов
металлов, входящих в состав конструк-
ционных материалов C9Fe, 55Fe, 51 Сг,
54Мп и др.). Численные значения неко-
торых коэффициентов диффузии Fe, Сг
и Со приведены в табл. 2.6—2.8.
Таблица 2.7. Коэффициент диффузии для изотопов Fe и Со при 700 °C
Поверхность a-Fe у- Fe FeO
Диффундирующий радиоактивный металл Fe Со Со Fe
Коэффициент диффузии при 700 °C, см2/с 4,7 • IO"16 6,3 • 10’17 9,5 • ICT18 1.4 • 10’7
Таблица 2.8. Коэффициенты диффузии некоторых нуклидов в железе, его сплавах
и оксидах
Нуклид Диффузи- онная среда Тип диффузии Коэффициент диффузии, см2/с Примечание
950 °C 300 °C
Fe a-Fe Общая 5,25 • 10’10 1,1 • 10’5
59Fe FeO Общая (0,6... 5,8)- 10’7 5.8 • 10’13
РезО4 Общая Объемная Граничная 7,5 • 10’10 (1,3...2,6)- Ю’10 7,4 • Ю’10 5,2 • 10’21 6,7 • 10’22 1,9 • 10’17 В вакууме В вакууме
Сг2Оз Общая 6.7 • 10’14 8 • IO’23
NiCr2O4 Общая 1,6 • 10’14 6.9 • 10’27
T1O: Объемная Граничная 1610 1^900 °C 4.5 10"nJ 2 • 10’23 1.7 • IO’13 На воздухе
5955Fe a-Fe2O3 Общая 3.4-10’15...3.4-IO’12 (0.7...7) • 10’38
Cr a-Fe Общая 6.4 - 10'" 1,5 • 10’27
Аустенитная Общая 3.8 • 10’13 2.3 • 10’28
5lCr Сг:Оз Общая 5.2 • 10’15 2.7 • 10’35
51Cr СоСгСЬ Общая 6,1 • 10’13 3.8 • IO’27
NiCr2O4 Общая (0,6...2)- 10’13 1,6 • IO'23...! • 1028
Co a-Fe Общая 8.7- 10’11 9.5 • 10’22
сталь Общая 4,4 • 10’’3 2,6 • 10’13
“Co CoO Общая 1.4 • 10’9 1.4 • IO’16
CoCr2O4 Общая 7.5 • IO’13 3.4 • 10’23
,6o a-Fe2O3 Общая 2,1 • 10’" - При 1200 °C
NiCr2O4 Общая 3.3 • 10’12 -
Коэффициенты диффузии Fe умень-
шаются в ряду: FeO > Fe3O4 > a -Fe >
> Сг2О3 > NiCr2O4 > а -Fe2O3. Диффу-
зия Сг и Со в нержавеющей стали про-
текает медленнее, чем в a-Fe и в
СоСг2О4, причем DCo > DCr.
С учетом рассмотренных закономер-
ностей диффузии можно полагать, что
чуждые кристаллической решетке метал-
ла радиоактивные примеси в основном
концентрируются в дефектах решетки
и в поверхностных слоях, особенно оксид-
ных. Диффузия в объем металла возмож-
на для радионуклидов — изотопов метал-
лов, входящих в состав конструкционных
материалов (59’55Fe, 51Сг, 54Мп и др).
Если радиоактивному загрязнению под-
вергается поверхность металла с уже сфор-
мированным оксидным слоем, вначале про-
исходит сорбция или адгезия радиоактив-
ных веществ, а затем диффузия примесей
в толщу оксидного слоя, скорость которой
при 300 °C соответствует средней глубине
проникновения в плотные оксидные слои
на 0,02—2,0 мкм приблизительно за 1000 ч.
При постоянном поступлении в поверх-
ностные слои радионуклиды будут распре-
деляться в оксидном слое с активностью,
убывающей от поверхности в глубь его.
В объектах с пористой структурой
(кирпич, некоторые сорта бетона, грунт,
песок, сыпучие строительные материалы)
радионуклиды, растворенные в жидкости,
способны проникать на значительную
глубину через поровое пространство. Глу-
бина проникновения зависит от свойств
этих материалов, состояния радионукли-
дов, условий загрязнения (например, вре-
мени контакта с поверхностью) и колеб-
лется в довольно широких пределах.
Ориентировочно можно считать из опыта
работ при ликвидации аварии на Черно-
быльской АЭС, что глубина проникно-
вения составляет для некоторых метал-
лов до 1 мм, лакокрасочных покрытий,
бетона и кирпича — до 5 мм, грунта —
до 7 см.
2.5. НАИБОЛЕЕ ХАРАКТЕРНЫЕ
ПРОЦЕССЫ РАДИОАКТИВНОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Большинство радионуклидов — продук-
тов деления и активированных продуктов
коррозии — по своей природе являются
металлами. В зависимости от природы и
состояния радионуклида и сорбирующей
поверхности в загрязняющей среде про-
цессы радиоактивного загрязнения можно
разделить на несколько типов.
1. Радионуклид менее благороден, чем
основной металл, и находится в ионном
или молекулярно-дисперсном состоянии.
Радиоактивное загрязнение происходит
вследствие ионообменной (или молеку-
лярной) хемосорбции (первичной или
вторичной) на поверхности металла или
его оксида. Этот тип загрязнения харак-
терен и для полимерных материалов.
2. Радионуклид более благороден, чем
основной металл, и находится в растворе
в ионном или молекулярно-дисперсном
состоянии. Загрязнение происходит в ре-
зультате цементации на свободной от
оксидов поверхности металла. Параллель-
но может протекать ионообменная хемо-
сорбция, соотношение этих процессов
контролируется значением электродного
потенциала металла в данной среде.
3. Радионуклид находится в растворе
в анионной форме. Загрязнение проис-
ходит вследствие ионообменной (вторич-
ной) сорбции анионов.
4. Радионуклид находится в водной
среде в коллоидной форме или сорбиро-
ван на посторонних коллоидах и взве-
сях. Загрязнение поверхности происхо-
дит в результате осаждения или адгезии
коллоидных частиц.
5. Радиоактивное загрязнение в воз-
душной среде протекает в результате осаж-
дения и адгезии радиоактивных аэро-
зольных частиц или физической сорб-
ции газообразных нуклидов.
Наиболее прочная фиксация радиоак-
тивных загрязнений наблюдается в двух
первых случаях. Характер загрязнения по-
верхностей зависит от ионообменных
свойств и электрической проводимости
оксидных слоев и их пористости. Спо-
собность к сорбции и адгезии радионук-
лидов из воды снижается в ряду: углеро-
дистая сталь > нержавеющая сталь > спла-
вы титана. Предотвращение радиоактив-
ного загрязнения или снижение его
уровня может быть достигнуто превра-
щением гидроксокомплексов и гидрокси-
дов в растворимые, плохо сорбируемые
комплексы, а также перезарядкой колло-
идов и взвесей. Фиксации радионукли-
дов способствуют процессы диффузии и
включения их в кристаллическую решет-
ку сорбента. При загрязнении металли-
ческих поверхностей радиоактивность в
основном сосредоточена в поверхностных
оксидных слоях и распределяется в них
равномерно или со снижением активнос-
ти от поверхности в глубь оксида. Таким
образом, задача дезактивации состоит в
удалении оксидных слоев и коррозион-
ных отложений, содержащих радиоактив-
ные вещества с поверхности металла.
2.6. СПОСОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ
РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Способы дезактивации — комплекс
приемов дезактивации с использованием
физических, химических или физико-
химических процессов — должны удов-
летворять следующим требованиям:
обеспечивать эффективное удаление
радиоактивных загрязнений; эффектив-
ность оптимальна, если остаточное за-
грязнение не превышает допустимое. На-
значением способа может быть удаление
отдельных или всех видов радиоактив-
ных загрязнений. Выбор способа дезак-
тивации определяется природой поверх-
ности и радиоактивного оборудования;
не вызывать существенной коррозии
и разрушения дезактивируемого материала;
количество радиоактивных отходов
должно быть минимальным, состав их дол-
жен соответствовать способу переработки;
способ дезактивации должен быть эко-
номичен, безопасен, не приводить к рас-
пространению радиоактивных загрязне-
ний, допускать возможность механизации.
Выбор конкретной технологии дезак-
тивации базируется на результатах ана-
лиза радионуклидного и химического со-
става материалов, подлежащих дезакти-
вации компонентов, а также глубины
проникновения радиоактивного загрязне-
ния. Под комплексной дезактивацией сле-
дует понимать обработку одного и того
же объекта различными способами.
В настоящий момент отсутствует об-
щепризнанная классификация способов
дезактивации. Согласно ГОСТ 25619—83
«Устройства для дезактивации технические.
Термины и определения», способы дезак-
тивации подразделяют на три основные
категории: химические, электрохимические
и физические (или механические), но с мо-
мента выпуска данного документа появи-
лось большое количество новых спосо-
бов и, соответственно, классификаций
(рис. 2.13).
По частоте применения способы дез-
активации условно делятся на две группы:
основные и вспомогательные. К вспомога-
тельным следует отнести те, которые осу-
ществляются без применения технических
средств (протирание загрязнённой поверх-
ности щётками или ветошью) или при
помощи ультразвука, с использованием
энергии электрического поля, оплавлени-
ем верхнего загрязненного слоя, шлифо-
ванием, пескоструйной обработкой и т. д.
Процесс дезактивации может осуще-
ствляться на основе незамкнутого и зам-
кнутого циклов. При замкнутом цикле
отработавшие дезактивирующие среды,
главным образом дезактивирующие ра-
створы, либо очищаются от радиоактив-
ных загрязнений и используются вторич-
но для последующей дезактивации, либо
после концентрирования транспортиру-
ются в хранилище для захоронения. В том
и другом случаях происходит улавлива-
ние удаленных в процессе дезактивации
радиоактивных загрязнений и предот-
вращение их распространения.
Для обеспечения безопасности обслу-
живающего персонала и защиты окружа-
ющего пространства от бесконтрольного
распространения радионуклидов дезакти-
вация может быть проведена с помощью
методов, сочетающих высокую степень
механизации всех технологических опе-
раций, дистанционный характер управле-
ния процессами и надежную локализацию
радионуклидов в ограниченном объеме.
Применяемые способы и технические
средства дезактивации очень разнообраз-
ны. Выбор их определяется видом дезак-
тивационных работ, конкретными конст-
руктивными особенностями оборудования,
характером поверхностей, уровнями ра-
диоактивных загрязнений, требуемой сте-
пенью очистки и другими факторами.
В настоящее время дезактивацию про-
водят с привлечением различных средств,
технических устройств и специальных
веществ. Способы дезактивации обору-
дования и сооружений классифицируют
исходя из физико-химических процессов
радиоактивного загрязнения.
При адгезионном загрязнении прилип-
шие частицы удаляются в том случае,
если сила отрыва больше силы адгезии.
Адгезионное взаимодействие зависит от
свойств среды, окружающей загрязнен-
ную поверхность: в жидкой среде оно на
один — три порядка, а иногда и более,
меньше, чем на воздухе.
Независимо от природы загрязнения
(адгезионного, поверхностного или глубин-
ного) все способы дезактивации можно раз-
делить на безжидкостные и жидкостные.
Безжидкостные способы дезактивации
основаны главным образом на механи-
ческом удалении радиоактивных загряз-
нений: сметанием, сдуванием, вакууми-
рованием, снятием загрязненного слоя
механическими приспособлениями, а так-
же другими приемами, которые способ-
ствуют удалению радиоактивных веществ.
Жидкостные способы дезактивации
основаны на удалении радиоактивных
веществ в результате либо механического
воздействия жидкой среды, либо вслед-
ствие физико-химических процессов меж-
ду жидкой средой и радиоактивными
Рис. 2.13. Примеры классификации
Механические (физические) способы:
ударная обработка, полирование,
шлифование, отслаивание, шабрение,
эрозия и др.
Химические способы:
способы растворения химическими агентами,
кислотное растворение, окислительное растворение,
восстановительное растворение,
способ концентрированного раствора,
разбавленного раствора и др.
Электрические и магнитные способы:
способ электромагнитного фильтра,
способ электролитического катодного
отслаивания, способ электролитического
катодного растворения и др.
колебаний:
высокочастотный
способ
Физико-химические способы:
способ полирования
растворителем,
распыление растворителя
давлением
Способы электромагнитных
ультразвуковой способ,
Электрохимические способы:
способ окислительно-
восстановительного потенциала,
способ электролитического
восстановления z
способов дезактивации
загрязнениями. К жидкостным способам
дезактивации, основанным на механиче-
ском воздействии, относится и обработка
поверхности струёй воды или паром. При
контакте струи пара с поверхностью зна-
чительная часть пара конденсируется и об-
разуется водный слой. Поэтому обработ-
ку паром можно причислить к жидкостным
способам дезактивации.
Жидкостные физико-химические спо-
собы дезактивации основаны на способ-
ности радиоактивных веществ участвовать
в таких химических процессах, как ион-
ный обмен, комплексо- и коллоидообра-
зование. Механические способы дезакти-
вации приемлемы для различных видов
радиоактивного загрязнения. Поверхнос-
ти, подвергшиеся загрязнению в резуль-
тате адсорбции радиоактивных веществ
и ионного обмена, дезактивируются с по-
мощью растворов, обладающих комплек-
сообразующими и коллоидными свойства-
ми. Глубинные загрязнения удаляются
с помощью коллоидо- и комплексообра-
зующих процессов в сочетании с окисли-
тельно-восстановительными реакциями.
В основе некоторых физико-химических
жидкостных способов дезактивации лежат
явления растворения, испарения, разбавле-
ния и некоторые другие. Растворителями
можно обрабатывать металлические, замас-
ленные и окрашенные непористые поверх-
ности, а также металлические поверхности,
имеющие накипь или подвергшиеся кор-
розии. Однако применение растворителей
для дезактивации ограничено относитель-
но небольшой эффективностью дезактива-
ции, возможностью проникновения радио-
активных веществ вместе с растворителем
вглубь материала, сравнительной дорого-
визной растворителя и т. д.
2.7. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
ДЕЗАКТИВАЦИИ
В ходе выполнения дезактивационных
работ необходимо постоянно контроли-
ровать эффективность дезактивации.
Данный вид контроля предусматривает
измерение уровней радиоактивного за-
грязнения до начала дезактивации, в про-
цессе дезактивации после каждого цикла
и после окончания дезактивационных ра-
бот. Измерения проводятся либо пере-
носными приборами радиационного кон-
троля уровней радиоактивного загрязне-
ния — радиометрами, либо с использо-
ванием метода мазков.
Метод мазков применяется для опре-
деления нефиксированной «снимаемой»
радиоактивной загрязненности поверхно-
стей, а также загрязненности поверхнос-
тей в тех случаях, когда применение при-
боров затруднительно либо невозможно,
например из-за сложной конфигураций
поверхностей, или когда непосредствен-
ному измерению прибором загрязненно-
сти поверхностей р -активными веще-
ствами мешает повышенный у -фон.
Мазком называется снятие радиоактив-
ных веществ с загрязненной поверхности
сухим или влажным (смоченным кислотой
либо спиртом) тампоном, изготовленным
из марли, ваты, ткани, фильтровальной бу-
маги. Процент снятия радиоактивных
веществ с гладкой поверхности в основном
зависит от материала, из которого изготов-
лен тампон, и количества операций по про-
тирке тампоном поверхности. Поэтому
в каждом конкретном случае должен опре-
деляться средний коэффициент снятия маз-
ка — процент снимаемого радиоактивного
загрязнения, перешедшего на тампон:
Метод Средний
взятия коэффициент
мазка снятия, %
Фильтровальной бумагой....... 20
Тканевым тампоном,
смоченным водой.............. 60
Тканевым тампоном,
увлажненным кислотой
или спиртом.................. 90
Последовательно двумя
тканевыми тампонами,
увлажненными кислотой
либо спиртом,
а затем сухим тампоном..... 90—100
Зная средний коэффициент снятия
мазка, можно установить загрязненность
поверхности нефиксированными радио-
активными веществами. Средние коэф-
фициенты снятия мазка нельзя приме-
нять для поверхностей из бетона, кир-
пича и других пористых материалов.
При всех операциях с мазками боль-
шое внимание должно уделяться чистоте.
Приспособления для снятия мазка изго-
тавливают из чистой ткани (марля, бязь
и т. п.), которая режется на небольшие
куски размером Юх 10 см. Далее их
опускают в раствор азотной кислоты либо
спирта, отжимают и укладывают в сумку
из пластикатовой пленки с карманами
типа планшета.
Мазок должен браться с поверхности
площадью 100 см2, но если площадь
меньше, загрязненность необходимо пе-
ресчитать на 1 см2.
Увлажненный и отжатый тампон при-
жимают к измеряемому участку поверх-
ности и протирают ее круговыми движе-
ниями с небольшим усилием руки.
После взятия мазков тампоны скла-
дывают загрязненной поверхностью
внутрь, помещают в конверт из пласти-
катовой пленки и направляют в лабора-
торию для измерений активности на со-
ответствующих радиометрических прибо-
рах и установках. Все результаты изме-
рений заносят в специальный журнал
с указанием времени и места взятия маз-
ка. Для наглядности и более полного
представления о загрязненности поверх-
ностей составляют специальные карто-
граммы.
Показателем эффективности дезакти-
вации является коэффициент дезактива-
ции (А^) — отношение уровня радиоак-
тивного загрязнения поверхности до про-
ведения дезактивации к уровню радио-
активного загрязнения, измеренного
после проведения дезактивации.
Обычно повышается при увеличе-
нии продолжительности контакта реак-
тивов с поверхностью, концентрации
химических веществ, температуры и вре-
мени перемешивания дезактивирующего
раствора. Контакт между реактивом и по-
верхностью может длиться от несколь-
ких минут до нескольких часов и даже
дней. Очистка слоёв оксида металла обыч-
но занимает несколько часов. Рост тем-
пературы ускоряет процесс протекания
химической реакции, но некоторые хи-
мические компоненты при повышенной
температуре распадаются. Химическая
дезактивация является более эффектив-
ной при наличии турбулентных условий,
вызванных определёнными видами пе-
ремешивания, таких как кавитация или
гидравлический поток.
Эффективность дезактивации оборудо-
вания первого контура оценивают по улуч-
шению радиационной обстановки возле
него по отношению значений мощности
дозы у -излучения до (Рдо) и после (Рпосле)
дезактивации в отдельных контрольных
точках. Количественной мерой такой
оценки является коэффициент дезакти-
вации, определяемый как
Ад =—
Люсле
Форма поля мощности дозы в поме-
щениях с основным оборудованием пер-
вого контура сложна, поэтому коэффи-
циенты дезактивации определяют в не-
скольких точках помещения, которые за-
тем усредняют для каждого отдельного
помещения:
и
кд =------,
п
где и — количество точек.
Расчет по этой формуле предполага-
ет, что значения коэффициентов дезак-
тивации, определенные в отдельных точ-
ках помещения, распределены по нор-
мальному закону; однако это не всегда
так, в результате чего средние значения
Ад меньше значений среднеквадратично-
го отклонения. Более правильно опреде-
лять коэффициент дезактивации в по-
мещении как отношение усредненных
значений мощности дозы в помещении
до и после дезактивации:
Р
Ад = =-^-.
д р
после
Отметим, что оба метода оценки эф-
фективности дезактивации не учитыва-
ют конечной цели проведения дезакги-
вации — снижения дозовых затрат. По-
этому в некоторых случаях эффектив-
ность дезактивации оценивают по коэф-
фициенту уменьшения дозовых затрат
тг _ Д^без
дз ДЗ
М'-'после
где ДЗбез — дозовые затраты на прове-
дение регламентных работ без дезакти-
вации; ДЗпосле — дозовые затраты на эти
же работы после дезактивации.
Решение о необходимости проведения
дезактивации оборудования первого кон-
тура должно быть всесторонне обоснова-
но. За основу принимается годовой пре-
дел дозы облучения. С одной стороны,
дозовый регламент базируется на нормах
радиационной безопасности и исключает
возможность превышения предела дозы.
С другой стороны, регламент учитывает
общую тенденцию снижения доз облуче-
ния персонала. Если при этом учесть эко-
номические, социальные и технологичес-
кие факторы, можно корректно обосновать
необходимость проведения дезактивации.
Дополнительное требование — запланиро-
ванный объем работ должен выполняться
минимальным числом людей.
Критерий дезактивации можно сфор-
мулировать так: необходимость проведе-
ния дезактивации возникает при такой
ситуации, когда коллективная доза пер-
сонала на выполнение того или иного
объема работ требует привлечения допол-
нительной рабочей силы, стоимость ко-
торой превысит расходы, связанные
с проведением дезактивации.
ГлаваЗ. ХИМИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ
Химические реактивы (концентриро-
ванные или разбавленные растворители)
очень часто используются в ядерной про-
мышленности как дезактивирующие сред-
ства для удаления радиоактивного за-
грязнения с поверхностей трубопроводов,
деталей и оборудования, находящегося
в эксплуатации. Соприкасаясь с загряз-
нённой поверхностью, они растворяют
загрязняющую пленку, не разрушая
основной материал. Химические способы
дезактивации эффективны при снижении
радиоактивности на больших поверхнос-
тях, таких как пол и стены. Химическая
промывка используется, как правило, при
дезактивации неповреждённых систем
трубопроводов.
3.1. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ХИМИЧЕСКИХСПОСОБОВ
ДЕЗАКТИВАЦИИ
Преимущества химической дезактива-
ции состоят в том, что её можно приме-
нять для недоступных поверхностей обо-
рудования, она занимает незначительное
количество времени, позволяет обрабаты-
вать технологическое оборудование и тру-
бопроводы на месте без их демонтажа, не
представляет значимой опасности. В ней
используются отвечающие требованиям
безопасности химические вещества. От-
ходы после проведения дезактивации легко
обезвреживаются. Применение данного
способа позволяет повторно использовать
дезактивирующие растворы.
К недостаткам химической дезактива-
ции относятся ее, как правило, неэффек-
тивность на пористых поверхностях
(химические растворы наиболее эффек-
тивны при дезактивации гладких поверх-
ностей), образование большого количе-
ства отходов, при частом применении —
возможность коррозии и повреждения по-
верхностей дезактивируемого оборудова-
ния. К тому же, для различных видов
поверхностей материалов необходимы раз-
личные химические реактивы, рецептуру
которых невозможно определить без спе-
цифических физических и химических
знаний, как и дать полную информацию
обо всех используемых химических со-
ставах (некоторые из них являются соб-
ственностью владельцев технологий и по-
ставляются без полного технического опи-
сания входящих в состав компонентов).
Действие химических дезактивирующих
растворов заключается в растворении за-
грязнений и удержании их в растворе.
Требования, предъявляемые к дезактиви-
рующим растворам и к условиям процесса
дезактивации, определяются химическим
составом загрязнений. Состав дезактиви-
рующего раствора подбирается так, чтобы
были соблюдены следующие условия:
быстрое и полное смачивание раство-
ром обрабатываемой поверхности;
разрушение связи радиоактивного
вещества с поверхностью и перевод его
в раствор;
предотвращение повторной сорбции
радиоактивного загрязнения на по-
верхности.
Невыполнение хотя бы одного из ука-
занных условий не даст желаемого
эффекта и может привести к более проч-
ной фиксации радиоактивного загрязне-
ния. Отрицательный эффект нередко на-
блюдается в случае предварительной об-
работки поверхности водой: если одна
часть загрязнения удаляется, то другая
его часть равномерно распределяется по
поверхности материала, причем нейтраль-
ная среда способствует прочной ионооб-
менной сорбции поверхностью материа-
лов многих радионуклидов. К более
тяжелым последствиям приводит исполь-
зование агрессивных растворов, повреж-
дающих поверхность материалов и уве-
личивающих их сорбционную способ-
ность. Как правило, дезактивировать
такие поверхности при повторном за-
грязнении не удается.
Химические растворы используются,
главным образом, для дезактивации ме-
таллических поверхностей оборудования
путем растворения образующихся на них
в процессе эксплуатации оксидных сло-
ев, на которых накапливается основная
масса радионуклидов. Выбор реагента или
рецептуры зависит от многих факторов,
в том числе от природы радиоактивного
загрязнения, свойств оксидного слоя
(физической структуры, растворимости,
химического состава), свойств основного
конструкционного материала, планов
дальнейшего использования оборудова-
ния и др.
В зависимости от концентрации реа-
гентов (высокой или низкой), применя-
емых при дезактивации, различают две
группы процессов: жесткие и мягкие,
а границей между ними является пример-
но 1 %-я концентрация (табл. 3.1).
Основные технологические требования
к процессам химической дезактивации —
высокая скорость процесса, высокая эф-
фективность дезактивации, низкая тех-
нологическая и остаточная коррозия обо-
рудования, возможность упрощенной тех-
нологии обработки вторичных отходов.
Мягкие способы химической дезакти-
вации разрабатываются в атомной про-
мышленности уже более 40 лет. Они ис-
пользуются в основном для компонен-
тов установок, которые должны быть воз-
вращены в эксплуатацию. Основная
задача данных способов — удаление за-
грязнений без значительного воздействия
на поверхность очищаемого материала. Их
преимуществами являются низкие ско-
рости коррозии, небольшое количество
вводимых химикатов, что облегчает воз-
можности захоронения вторичных отхо-
дов и использования для очистки ионо-
обменных процессов.
Жесткие способы химической дезак-
тивации включают одну или несколько
стадий с промежуточной отмывкой и мо-
гут служить для удаления как продуктов
деления, так и активационных продук-
тов, а также альфа-загрязнений. Приме-
нение сильных химических реагентов по-
зволяет получать высокую эффективность
дезактивации, при которой коэффициен-
ты дезактивации превышают 10. Для огра-
ничения высоких скоростей коррозии ме-
таллов, что в ряде случаев недопустимо,
вводятся ингибиторы коррозии.
Таблица Зл1. Основные группы химических способов дезактивации
Процессы Область применения Основные преимущества процессов Основные ограничения процесса
Жесткие (с использова- нием высоких концентраций химических реагентов) Подсистемы ограни- ченного объема. Компоненты, которые могут быть загружены в реакционные аппараты (вентили, насосы, различные инструменты и т. д.) Относительно небольшая продолжительность процесса (время требуемого контакта). Высокий (обычно >10) коэффициент очистки. Высокие результаты, полу- чаемые при дезактивации нержавеющей стали Большое количество химических реагентов, вводимых в процесс. Большое количество отходов и воз- можные проблемы с их кондицио- нированием. Возможные коррозион- ные повреждения конструкционных материалов, особенно в местах сварных швов. Необходимость большей частью повторной циркуляции реагентов и промежуточных промывок водой между отдельными стадиями процессов
Мягкие (с использова- нием низких концентраций химических реагентов) Вся система конту- ров теплоносителя реакторов; вспомога- тельные контуры большого объема; обводные линии. Компоненты, которые могут быть погружены в реакционные аппараты. Поверх- ность топливных сборок Низкие скорости коррозии для материалов контуров теплоносителя. Относительно небольшое количество хими- ческих реагентов, вводимых в процесс, что облегчает об- работку отходов. Возможность очистки (регенерации) дезактивиру- ющих растворов в ходе процесса дезактивации с помощью ионообменных смол. Небольшое количество отходов (отработавших ионообменных смол) Более низкий коэффициент очистки (обычно <10) по сравнению с процессами, использующими высокие концентрации, при сравнимых продолжительностях процесса. Необходимость в отдельных случаях длительного времени циркуляции реагентов
Глава 3. Химические способы дезактивации
| Наружный слой
---------------
£ Внутренний слой
Хелатообразование
Рис. 3.1. Восстановительное и окислительное растворение
Существуют два вида растворения ок-
сидной пленки: восстановительное и окис-
лительное (рис. 3.1).
Механизмы растворения оксидной
пленки достаточно сложные и зависят от
типа реактора и условий дезактивации.
Обычно для растворения коррозионной
пленки необходимо разрушить границу
металл — оксид, воздействуя или на ион
металла, или на кислород в поверхност-
ном слое. В последнем случае использу-
ется кислота для разрушения решетки
оксида под воздействием протонов Н+,
в результате чего образуются структур-
ные поверхностные элементы ОН~. Свя-
зывание протона изменяет распределение
локального электрического заряда, за счет
чего ослабляются соседние электростати-
ческие связи и в растворе появляется гидра-
тированный ион металла. Этот процесс
может быть представлен уравнением
Fe3O4 + 8Н4 -> 2Fe34 + Fe24 + 4Н2О.
На поверхности, изготовленной из
углеродистой стали, восстановительное
растворение может иметь место при
передаче электронов от основного метал-
ла. Этот механизм может быть описан
реакциями
Fe3O4 + 8Н+ +2е -> 3Fe2+ + 4Н2О;
Fe Fe2+ 4- 2е.
Суммарные реакции, происходящие
в растворе, описываются следующим
образом:
Fe3O4 + Fe 4- 8Н+ -> 4Fe24 4- 4Н2О;
Fe3O4 4- Fe 4- 8Н+ 4(ЭДТА)~»
-> 4Ре24(ЭДТА) 4- 4Н2О;
Fe3O4 4- Fe 4- 8Н+ 4- 4(оксалат)->
-> 4Fe2 4 (оксалат) 4- 4Н2О.
В системах, где основной металл ра-
створяется относительно медленно (на-
пример, в конструкциях, содержащих
нержавеющую сталь и хромоникелевые
сплавы), растворение может происходить
по восстановительному механизму,
включающему передачу ионов от раство-
ров, таких как феррооксалат, железис-
тая ЭДТА или железистый цитрат.
В противоположность автовосстанови-
тельному механизму, где электроны по-
ставляются при растворении металла,
здесь электроны быстро переходят к
ионам Fe3+ в оксидной решетке по мере
окисления растворов:
Ре2+(оксалат) -» Ре3+(оксалат) 4- е;
суммарная реакция:
оксид Fe3+ +Fe2+(оксалат) -»
-> оксид Fe2+ + Fe3+(оксалат).
Ион Fe2+ внутри решетки нестабилен
и забирается в раствор комплексообразу-
ющими хелатами. В случае никелевого
феррита
NiFe2O4 + 2Fe2+ (оксалат) + З(ЭДТА) -»
-> №2+(ЭДТА) + 2Ре2+(ЭДТА) +
+2Fe3+ (оксалат) + 4Н2О.
Комбинация восстановительного
вещества (например, щавелевой кислоты)
и хелатного соединения (например, ЭДТА)
лежит в основе многих дезактивационных
процессов. Этот тип реагента эффективен
в разбавленном состоянии для слабохро-
мированных оксидов, таких как магнети-
товые или никелевые ферриты. Однако в
случае содержания в оксиде значительно-
го количества хрома скорость растворения
замедляется и поэтому оксиды должны
обрабатываться окислительным раствором.
Оксиды с большим содержанием хро-
ма, образованные на поверхностях кон-
струкций реактора типа РБМК, обраба-
тываются концентрированным раствором
перманганата в щелочной среде для окис-
ления Сг3+ до Сг64, который растворяет-
ся и удаляется из оксида. Оставшийся в
оксиде хром может затем растворяться в
восстановительном растворе. Основные
уравнения, описывающие взаимодействие
перманганата с оксидными пленками
(с большим содержанием Сг) для кислых
и щелочных условий приведены ниже.
Перманганат в кислой среде:
5Сг3+ + ЗМпО;4- 8Н2О
-> 5НСгО; + 11Н+ + ЗМп2+.
В разбавленном растворе кислоты
и перманганата ионы Мп нестабильны
и окисляются до диоксида марганца, ко-
торый выпадает в осадок:
ЗМп2+ 4- 2Н2О 4- 2МпО;
- » 5МпО2ф 4- 4Н+;
суммарная реакция:
МпО; 4- Сг2О3 4- Н2О ->
->2НСгО4 + 2МпО2;.
В результате этой реакции pH не из-
меняется, что делает процесс легко конт-
ролируемым.
Перманганат в щелочной среде:
Сг3+ + МпО; 4- 2Н2О ->
- > СгО2~ 4- 2МпО2; 4- 4Н+;
суммарная реакция:
2МпО4 + Сг2О3 4- Н2О ->
->2СгО2 + 2МпО2; + 2Н+.
При реакции водородных ионов с гид-
роксильными pH среды снижается.
При применении перманганата в кис-
лой либо щелочной среде освобождается
мало радиоактивных изотопов, кроме 51 Сг.
Для завершения дезактивации требуется
дальнейшая обработка с использованием
восстановительных реагентов.
Сравнивая кислотный и щелочной
растворы перманганата, следует отметить,
что для коррозионных пленок нержаве-
ющей стали первый более эффективен,
чем второй, даже сильноконцентрирован-
ный. Освобождаясь из оксида, хром бы-
стрее и полнее переходит в раствор, в ре-
зультате чего повышается эффективность
дезактивации.
Для поверхностей сплава, используе-
мого в трубах парогенератора, более эф-
фективен щелочной процесс, чем кислот-
ный. Оксиды сплава дезактивируются
тяжелее, чем оксиды нержавеющей ста-
ли. Для достижения оптимальной дезак-
тивации в системах, выполненных из
нержавеющей стали и сплава, например
головок каналов парогенераторов, исполь-
зуется смесь щелочного и кислотного
перманганата.
Разрушение перманганата и диоксида
марганца щавелевой кислотой представ-
лено следующей реакцией:
2МпО4~ + 5Н2С2О4 + 6Н+ ->
- > 2Мп2+ + 10СО2 + 8Н2О;
МпО2 + Н2С2Н4 + 2Н+ ->
- »Мп2+ + 2СО2 + 2Н2О.
Чтобы обеспечить избыток протонов,
необходимых для этих процессов, могут
быть дополнительно добавлены азотная
или щавелевая кислоты. Это обеспечива-
ет необходимый низкий pH. Существует
также ряд других окисляющих реагентов,
превращающих в оксиде Сг34 в Сг64, на-
пример персульфат, Се44, озон, перекись
водорода, однако ни один из них не по-
лучил широкого применения на АЭС.
Одним из основных компонентов
многих процессов химической дезакти-
вации являются хелатообразующие со-
единения, обладающие способностью
связываться с различными металлами.
В качестве хелатирующих реагентов наи-
более часто применяются кислоты: ща-
велевая, лимонная, глюконовая, этилен-
диаминтетрауксусная (EDTA), гидрокси-
этилендиаминтриуксусная (HEDTA),
этилендиаминдиянтарная (EDDS), окси-
этилидендифосфоновая (OEDPA), ди-
этилентриаминпентауксусная (DTPA).
Как правило, эти комплексообразующие
реагенты являются одним из компонен-
тов растворов.
Химические способы дезактивации
подразделяются по принципу реализации
на две большие группы — в составе кон-
туров и для съемного оборудования.
3.2. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
ОБОРУДОВАНИЯ
В СОСТАВЕ КОНТУРОВ
Радиационный фон в технологиче-
ских помещениях ядерных энергетиче-
ских установок обусловлен накоплением
радиоактивных отложений на внутрен-
них поверхностях оборудования и тру-
бопроводов, обеспечивающих циркуля-
цию контурного теплоносителя. Сниже-
ние радиационного фона от технологи-
ческого оборудования ЯЭУ достигается
растворением радиоактивных отложений
дезактивирующими растворами и после-
дующим удалением их в систему перера-
ботки жидких РАО.
Радиационная обстановка в помеще-
ниях и у оборудования первого контура
более чем на 90 % обусловлена у -излу-
чением радионуклидов, образующихся
в процессе активации нейтронным пото-
ком продуктов коррозии конструкцион-
ных материалов, осевших на поверхнос-
тях активной зоны реактора. Пленка от-
ложений продуктов коррозии на поверх-
ностях оборудования состоит из двух
слоев: внутреннего, обусловленного кор-
розией конструкционных материалов,
и наружного, обусловленного осаждени-
ем радионуклидов из теплоносителя.
Внутренний слой пленки растет вглубь
металла, а наружный — в теплоноситель.
Основная доля радиоактивных продук-
тов коррозии находится в наружном на-
носном слое отложений. Во внутренний
слой радионуклиды проникают в резуль-
тате диффузии. Активность 60Со моно-
тонно увеличивается на протяжении срока
эксплуатации АЭС. Всего на поверхнос-
тях контурного оборудования вне актив-
ной зоны накапливается порядка 700 Ки,
а на поверхностях активной зоны, по
крайней мере, в 10 раз больше.
При выборе состава дезактивирующего
раствора учитывается коррозионная стой-
кость материалов дезактивируемой поверх-
ности. Первый контур ядерной установки
состоит, в основном, из нержавеющих
сталей, сплавов циркония с ниобием.
В незначительном количестве применя-
ются также хромистые и углеродистые
стали, медь и некоторые другие материалы.
Контурная дезактивация выполняет-
ся без разбора основного оборудования
реактора. При этом в комплексной дез-
активации могут участвовать как все, так
и отдельные циркуляционные элементы
первого контура.
В 1970 г. впервые для реакторов ВВЭР
была проведена контурная дезактивация
всего оборудования с загруженной актив-
ной зоной реактора на энергоблоке № 1
Нововоронежской АЭС. Для дезактива-
ции внутренних поверхностей применял-
ся двухванный химический способ с ис-
пользованием следующих растворов:
едкого натрия с концентрацией 5 г/кг
и перманганата калия с концентрацией
2 г/кг;
щавелевой кислоты с концентрацией
4 г/кг.
Дезактивирующие растворы приготов-
лялись на специальном узле подготовки
реагентов, а затем после подогрева до
353—363 К подавались в реактор по штат-
ной схеме подпитки реактора через чех-
ловые трубы приводов СУЗ.
При комплексной дезактивации реак-
тора с загруженной активной зоной и пер-
вого контура циркуляция химических
растворов осуществляется непрерывно
работающими ГЦН. Температура дезак-
тивирующих растворов в реакторе под-
держивается на уровне 373—393 К за счет
тепла, выделяемого при работе ГЦН.
Количество одновременно работающих
ГЦН равно двум-трем. При этом ско-
рость циркулирующих растворов дости-
гает 4—5 м/с в петлях с работающими
ГЦН и 1—1,5 м/с — в петлях с останов-
ленными ГЦН.
Одновременно от первого контура по
штатной схеме продувки отбирается часть
промывочного раствора с расходом 3—6 кг/с
и направляется на спецочистку в выпар-
ной аппарат, где раствор упаривается до
Таблица 3.2. Растворы для дезактивации оборудования первого контура ЯЭУ
Состав раствора Время обра- ботки, ч Температура, К
2 % едкого калия (КОН) +0.3 % перманганата калия (КМпО4) 1-1,5 36Q-365
0,5 % щавелевой кислоты (Н2С2О4) 1-2 360-365
4 % едкого калия (КОН) + 0,4 % перманганата калия (КМпО4) 1-1,5 370-375
1 % щавелевой кислоты (Н2С2О4) +1 % лимонной кислоты (HgCeO?) 1-2 370-375
2 % едкого калия (КОН) +0,2 % перманганата калия (КМпО4) 2-6 375-380
0,25 % щавелевой кислоты (Н2С2О4) +0,25 % лимонной кислоты (HgCeO?) 3-9 375-380
максимально возможной концентрации
промывочных реагентов. Очищенный ди-
стиллят с выпарной установки вновь на-
правляется в контур с помощью штатных
подпиточных насосов, а упаренный кон-
центрированный щелочной или кислот-
ный раствор очищается в отстойниках от
радиоактивного шлама и собирается в спе-
циальные емкости для последующей пе-
реработки. Кубовый остаток от выпарной
установки направляется в хранилище жид-
ких РАО.
Непрерывная схема контурной дезак-
тивации позволяет использовать упарен-
ные растворы с соответствующей эконо-
мией химических реагентов и уменьшать
объем жидких РАО. Процесс непрерыв-
ной дезактивации реактора и первого кон-
тура с попеременным использованием
нескольких видов промывочных раство-
ров повторяется несколько раз (два — че-
тыре цикла) до тех пор, пока не будет
получена требуемая степень дезактивации.
Непрерывная циркуляция дезактиви-
рующих растворов снижает возможность
осаждения радиоактивного шлама на
внутренних поверхностях оборудования
и тем сам^ш повышает эффективность
отмывки.
Общая продолжительность комплекс-
ной контурной дезактивации составляет
8—10 сут. Коэффициенты дезактивации
оборудования в этом случае достигают
10-30.
Для контурной дезактивации ВВЭР
могут быть использованы и растворы,
состав которых приведен в табл. 3.2.
В случае, когда из активной зоны ре-
актора выгружены все ТВС, для контур-
ной дезактивации реактора и первого кон-
тура ВВЭР целесообразно использовать
хорошо зарекомендовавшие себя хими-
ческие растворы:
щелочной водный раствор (едкий нат-
рий — 10 г/кг и перманганат калия —
2 г/кг);
кислотный водный раствор (щавеле-
вая кислота с концентрацией до 10 г/кг
и азотная кислота — 1 г/кг; щавелевая
кислота —7 г/кг, лимонная кислота —
1,5 г/кг и азотная кислота — 1 г/кг).
Добавление азотной или лимонной
кислоты в раствор щавелевой кислоты
способствует более полному удалению
Рис. 3.2. Схема дезактивации половины
первого контура уран-графитового реактора:
1 — реактор; 2 — парогенераторы;
5—доохладитель; 4 — ГЦН; 5 — компенсаторы
объема; 6 — подпиточные насосы; 7 — аппарат
для приготовления дезактивирующих растворов;
8 — дренажный бак
продуктов коррозии и удержанию соеди-
нений железа в моющем растворе.
При циркуляционной промывке пер-
вого контура указанными растворами
поддерживается их постоянная темпера-
тура на уровне 363—383 К. Комплексные
промывки основных контуров от желе-
зорксидных отложений и дезактивация
оборудования проводятся также на одно-
контурных АЭС с кипящими реакторами.
На рис. 3.2 показана принципиальная
схема комплексной отмывки контура
многократной принудительной циркуля-
ции для реакторов РБМК. Отмывка внут-
ренних поверхностей КМПЦ проводится
также химическим двухванным способом
при температуре раствора 363—373 К
с использованием перманганата калия
и щавелевой кислоты. При выполнении
последнего цикла дезактивации целесо-
образно в контур циркуляции вводить не-
большое количество перекиси водорода
(0,5—2 г/кг), что предотвращает попада-
ние оксалатов железа и обеспечивает пас-
сивацию очищенного металла. Расход, со-
здаваемый специальным насосом, подби-
рается таким, чтобы при циркуляцион-
ной промывке обеспечивалась скорость
раствора не меньше 0,7—0,8 м/с. В про-
цессе комплексной дезактивации КМПЦ
осуществляется непрерывная очистка кис-
лотного раствора на анионитовом филь-
тре, загруженном анионитом КУ-2. Во
время заключительной отмывки контура
от химических растворов чистым дистил-
лятом в работу включаются, кроме кати-
онитовых, и анионитовые фильтры, за-
гружаемые смолой АВ-17.
Эффективность дезактивации для всего
оборудования КМПЦ не одинакова; при
этом способе отмывки коэффициент дез-
активации достигает 10. Общая продол-
жительность комплексной дезактивации
КМПЦ на одноконтурных АЭС при вы-
полнении двух-трех циклов отмывки по
двухванному способу составляет 3—5 сут.
Для комплексной дезактивации реактора
совместно с основным циркуляционным
контуром требуются значительные коли-
чества (десятки тонн) химических реа-
гентов и, кроме того, в процессе отмыв-
ки поверхностей образуется большое ко-
личество обмывочных вод (тысячи кубо-
метров). Поэтому комплексный способ
дезактивации применяется эпизодически
(не чаще одного раза в два-три года)
для общего снижения мощности дозы
у -излучения от оборудования и трубо-
проводов либо в других специальных
случаях.
На АЭС с РБМК поступающие в реак-
торную воду продукты коррозии в ос-
новном образуются за счет коррозии кон-
струкционных материалов КМПЦ и еще
в большей степени — конденсатно-пита-
тельного тракта. Питательная вода содер-
жит продукты коррозии, которые обра-
зуются в результате взаимодействия вод-
ного теплоносителя с поверхностью из
углеродистой стали, имеющей низкую
коррозионную стойкость (особенно в сто-
яночных режимах). Площадь углеродис-
той стали в конденсатно-питательном
тракте составляет более 5000 м2.
За один эффективный год работы
в КМПЦ поступает до 150 кг продуктов
коррозии (в пересчете на железо). От-
кладывающиеся за пределами активной
зоны радиоактивные продукты коррозии
создают источники у -излучения. Актив-
ность оборудования, находящегося вне
зоны реактора, более чем на 90 % опре-
деляется активностью коррозионных от-
ложений.
Продукты коррозии, образовавшиеся
в стояночных режимах и представляю-
щие собой гидроксиды трехвалентного
железа, неблагоприятно воздействуют на
конструкционные материалы при эксп-
луатации оборудования в переходных
и стационарных режимах, так как при по-
вышенной температуре соединения
Fe(III), выступая в качестве катодного
деполяризатора, инициируют коррозион-
ное растрескивание нержавеющей стали
и снижают стойкость циркониевых спла-
вов. Продукты коррозии откладываются
на теплопередающих поверхностях, сни-
жают к.п.д. установки, приводят к пере-
греву и разгерметизации твэлов и допол-
нительно к загрязнению контура продук-
тами распада ядерного топлива.
Таким образом, для улучшения ради-
ационной обстановки в первую очередь
необходимо снизить поступление продук-
тов коррозии в водный теплоноситель.
Со снижением выноса железа в 2 раза
коллективная доза при ремонте может
снизиться в 3 раза. В то же время при
правильном ведении водно-химических
режимов в различные периоды эксплуа-
тации энергетической установки корро-
зионную стойкость стали можно повы-
сить во много раз. Так, коррозионный
процесс перлитной стали, оксидирован-
ной в растворе азотистой кислоты, по-
давляется при добавке в обессоленную
воду 0,3 мг/кг нитрита натрия, что в 100—
1000 раз меньше, чем это необходимо для
неоксидированного металла. В отсутствие
ингибитора оксидированные покрытия
при 20—80 °C разрушаются и теряют свои
защитные свойства уже в первые часы
контакта с водой. Поэтому после пасси-
вирующей обработки в систему сразу же
нужно вводить нитрит натрия (калия),
чтобы предотвратить разрушение окси-
дированного покрытия. Это во многих
случаях позволит избежать повторной
пассивирующей обработки перед пуском
при полном подавлении коррозии.
Улучшение радиационной обстановки
может быть достигнуто и в результате
эффективной и правильно спланированной
дезактивации циркуляционного контура.
Современная технология химической
дезактивации КМПЦ АЭС с РБМК
основана на применении в качестве ос-
новного реагента щавелевой кислоты
концентрацией не ниже 1 % по массе.
Помимо щавелевой кислоты использу-
ются такие реагенты, как гидроксид ка-
лия, пероксид водорода, нитрат калия.
Наличие реагентов в такой концентра-
ции не позволяет проводить дезактива-
цию без образования большого количе-
ства жидких РАО. Так, при полном объе-
ме КМПЦ 1200 м3 объем жидких РАО
обычно составляет 5—10 тыс. м3.
В процессе обработки контура пер-
оксидом водорода происходит газовыде-
ление из-за окисления щавелевой кислоты,
приводящее к выбросу летучих радио-
нуклидов из раствора. При этом метал-
лические поверхности химически акти-
вируются, что снижает коррозионную
стойкость конструкционных материалов
при последующей эксплуатации энерге-
тической установки. Отмечается, что кор-
розия конструкционных материалов на
второй стадии обработки (при введении
пероксида водорода в раствор щавелевой
кислоты) значительно выше, чем на пер-
вой. В то же время при использовании
композиции Н2С2С4 + KNO3 нераство-
римые соединения двухвалентного железа
образуются только на поверхности пер-
литной стали, доля которой в КМПЦ
составляет менее 1 %. Следовательно,
заключительная стадия обработки (с по-
мощью пероксида водорода) должна быть
заменена на другую — с использованием
менее агрессивных реагентов, — позво-
ляющую не только переводить в раство-
римое состояние оксалаты двухвалентного
железа, но и пассивировать металличе-
ские поверхности.
Недостатками перечисленных спосо-
бов являются: химическая активация по-
верхностей металла и быстрое загрязне-
ние контура при останове продуктами
коррозии, переходящими из наиболее за-
грязненных участков поверхности в теп-
лоноситель (поскольку механизм десорб-
ции радионуклидов остается прежним)
и отлагающимися на очищенных поверх-
ностях, вследствие чего радиационная
обстановка после малоотходной дезакти-
вации ухудшается; высокая сорбция ра-
дионуклидов на поверхностях при по-
следующей эксплуатации оборудования.
Для устранения перечисленных недо-
статков проведены эксперименты по воз-
можности использования в качестве дез-
активирующих слабокислых нитратных
и (или) нитритных пассивирующих раство-
ров. Эти растворы при 85 °C и выше при-
водят к перестройке рыхлых железооксид-
ных отложений и образованию на поверх-
ности оксидированного покрытия, защи-
щающего металл от коррозии. При этом
эффективность дезактивации, по-видимо-
му, связана не только с окислительными
свойствами нитрат- или нитрит-ионов,
поскольку хромат- и перманганат-ионы
обладают более высокими окислительны-
ми свойствами, но и со специфическим
их воздействием на ионы железа, входя-
щие в состав радиоактивных отложений.
Например, известны реакции «бурого коль-
ца» при взаимодействии нитрат-ионов с же-
лезом (II) или нитрит-ионов с железом
(III). Кроме того, нитрит-ионы способны
образовывать прочные комплексы гекса-
нитрита кобальта [Co(NO2)6]3~, благодаря
чему эффект дезактивации повышается.
Эффективность дезактивации и защит-
ные свойства образовавшихся оксиди-
рованных покрытий еще более повыша-
ются при введении в раствор ионов алю-
миния. Установлено, что образовавшие-
ся в водном теплоносителе АЭС оксиди-
рованные покрытия, в том числе на не-
ржавеющей стали с находящимися на ней
неудаленными радиоактивными отложе-
ниями, не разрушаются в обессоленной
воде, содержащей микроколичество нит-
рит-ионов. При этом прекращается и вы-
ход радиоактивных отложений с поверх-
ности стали в раствор. Кроме того, на
оксидированных поверхностях значитель-
но снижается сорбция радионуклидов,
особенно в присутствии нитрита натрия.
Все это позволяет при минимальном рас-
ходе химреагентов не только эффектив-
но дезактивировать внутренние поверх-
ности контура, но и подготовить обору-
дование к последующей эксплуатации.
Замена второй стадии щавелевокислой
дезактивации (обработка пероксидом во-
дорода в щавелевокислом растворе) на
обработку азотистой кислотой, проведен-
ная на энергоблоке № 3 Ленинградской
АЭС, позволила при том же коэффици-
енте дезактивации в несколько раз сни-
зить газовыделение и коррозию конст-
рукционных материалов, а также умень-
шить время на проведение обработки.
Таким образом, на АЭС с РБМК обя-
зательной операцией должна быть пас-
сивация и консервация конденсатно-пи-
тательного тракта и КМПЦ; дезактива-
цию КМПЦ при необходимости пред-
почтительно проводить, используя
рецептуры с пассивирующим эффектом.
За счет повышения коррозионной стой-
кости поверхностей оборудования кон-
денсатно-питательного тракта и КМПЦ
снижается выход продуктов коррозии
в теплоноситель и соответственно их акти-
вация в нейтронном поле работающего
реактора, повышается надежность работы
оборудования, уменьшается количество
отложений на твэлах и трубопроводах,
снижаются нагрузка на ионитные фильт-
ры системы спецводоочистки и потреб-
ность в проведении химической дезак-
тивации щавелевокислыми растворами,
уменьшается количество радиоактивных
отходов, требующих дальнейшей перера-
ботки и захоронения, в стояночных ре-
жимах предотвращается выход радионук-
лидов с наиболее загрязненных участков
поверхности и их разнос по контуру.
В последние годы на отечественных
АЭС находит применение перспективный
способ комплексной дезактивации основ-
ных контуров, называемый высокотем-
пературной контурной дезактивацией.
Сущность высокотемпературной дезакти-
вации, впервые опробованной на каналь-
ных кипящих реакторах Белоярской АЭС,
состоит в том, что после остановки реак-
тора в процессе расхолаживания ЯППУ
в теплоноситель первого контура на пер-
вом этапе (при снижении температуры
до 463 К) вводится перманганат калия
с доведением его концентрации до 1 г/кг
(при этом pH = 8,5-^9,5). В таком режи-
ме циркуляционная отмывка контура
продолжается в течение 1 ч. На втором
этапе в контур вводится щавелевая кис-
лота с концентрацией 2 г/кг для нейтра-
лизации и разложения перманганата
калия, а также моющая композиция из
трилона Б и малеинового ангидрида
с концентрацией I г/кг каждого компо-
нента. В таком режиме (при температуре
теплоносителя не ниже 423—453 К) осу-
ществляется циркуляционная промывка
в течение 5—8 ч. Циркуляция теплоно-
сителя в КМПЦ обеспечивается работой
всех ГЦН.
Последовательность высокотемпера-
турной дезактивации во многом схожа
с рассмотренной выше в двухванном
окислительно-восстановительном способе.
Эффективность высокотемпературной
дезактивации определяется по снижению
мощности дозы у -излучения от оборудо-
вания и трубопроводов ЯППУ. Опыт
показал, что при высокотемпературной
дезактивации значительно сокращаются
расход химических реагентов и продол-
жительность дезактивации.
В настоящее время накоплен большой
опыт дезактивации оборудования первого
контура на АЭС с различными типами
реакторов. В процессе подготовки реак-
торного оборудования к проведению пла-
новых ремонтов на этапе эксплуатации
были освоены различные методы кислот-
ной дезактивации всего оборудования,
включая активную зону реактора, методы
безреагентной дезактивации первого кон-
тура вместе с активной зоной реактора,
а также гидромеханическая дезактивация
отдельных единиц оборудования. Эффек-
тивность дезактиваций, проведенных на
разных АЭС разными способами, прак-
тически одинакова.
Одним из наиболее изученных, до-
ступных и эффективных реагентов для
контурной кислотной дезактивации на
этапе эксплуатации является щавелевая
кислота. Водные растворы щавелевой
кислоты неоднократно использовались
для дезактивации первого контура как
наиболее эффективный растворяющий
и комплексообразующий агент, характе-
ризующийся также дешевизной и до-
ступностью. Для дезактивации контура
с активной зоной реактора первый кон-
тур заполняется раствором щавелевой
кислоты (Н2С2О4) с добавлением гидрок-
сида аммония и последующей циркуля-
цией этого раствора в контуре при тем-
пературе 90—95 °C в течение 10—15 ч. Для
растворения осадка оксалата двухвалент-
ного железа (FeC2O4), сорбирующего зна-
чительное количество радионуклидов, ре-
комендуется добавлять в дезактивирую-
щий раствор на заключительной стадии
процесса перекись водорода (Н2О2).
Целью всех безреагентных дезакти-
ваций является удаление из первого кон-
тура и предотвращение образования так
называемых горячих точек, которые пред-
ставляют собой локальные превышения
мощности дозы у -излучения, обуслов-
ленные скоплением высокоактивных час-
тиц. Как правило, эти частицы состоят
из продуктов коррозии шлама и грата,
оставшегося после предпусковых отмы-
вок. Иногда горячие точки обусловлены
крошками топливной композиции, вы-
мытой из разрушенных элементов ядер-
ного топлива. Стационарные точки об-
разуются в гидродинамических застой-
ных зонах при работе энергоблока на
мощности. В гидродинамические застой-
ные зоны высокоактивные частицы за-
брасываются потоком теплоносителя.
Сущность безреагентных дезактиваций
заключается в максимально возможном
переводе радиоактивных продуктов кор-
розии с поверхностей активной зоны
в теплоноситель и удалении их из кон-
тура. В настоящее время существуют сле-
дующие способы безреагентных дезакти-
ваций: кислородная дезактивация; при-
нудительная циркуляция теплоносителя;
барботажный режим. В каждом из спо-
собов безреагентной отмывки реализован
какой-либо эффект интенсификации пе-
рехода радиоактивных продуктов корро-
зии из отложений в теплоноситель.
Кислородная безреагентная дезактива-
ция основывается на гипотезе об изме-
нении заряда коллоидных частиц при
насыщении теплоносителя кислородом.
Для перезарядки частиц нужно обеспе-
чить содержание кислорода в контурном
теплоносителе в диапазоне значений
6-г8 мг/дм3. Такие концентрации дости-
гаются заменой теплоносителя на хими-
чески обессоленную воду, содержащую
растворенный кислород, перемешивани-
ем воды в контуре с помощью циркуля-
ционных насосов и последующей вы-
держкой на естественной циркуляции.
Высокоактивные отложения продуктов
коррозии выводятся через фильтры внутри-
контурной очистки при интенсивной
циркуляции теплоносителя насосами
первого контура.
Дезактивация принудительной цирку-
ляцией теплоносителя при температуре
100—130 °C основана на эффекте увели-
чения в нем концентрации перекиси во-
дорода, которая является сильным окис-
лителем и способствует переводу отло-
жений с поверхности в теплоноситель.
Концентрация Н2О2 увеличивается из-за
сдвига равновесия в конкурирующих
процессах радиолитического образования
и термического разложения.
Применение барботажного режима,
возникающего в реакторе при прекраще-
нии циркуляции теплоносителя, основа-
но на эффекте интенсивного перехода
радиоактивных продуктов коррозии с по-
верхностей активной зоны в теплоноси-
тель. Наиболее вероятной причиной ин-
тенсификации такого перехода являются
термошоки, возникающие на горячих по-
верхностях при попадании на них отно-
сительно холодных порций теплоносите-
ля. Максимальное увеличение удельной
активности теплоносителя при барботаж-
ном режиме обнаружено на АЭС с нейт-
ральным водным кислородным режимом
в конденсатном тракте. Вероятно, что из-
менение фазового состава железооксид-
ных отложений в питательней воде при-
водит к образованию в активной зоне ре-
актора легко осыпающихся отложений.
Наибольшее внимание в последнее
время уделяется разработке способов кон-
турной дезактивации реакторов PWR
и BWR (РБМК и ВВЭР) на основе ис-
пользования дезактивирующих растворов
с малыми концентрациями реагентов
(например, CORD, LOMI, CAN-DECON,
МОРАС). Обычно применяют двухста-
дийные (окислительно-восстановитель-
ные) способы с непрерывным циклом
и окончательной очисткой растворов на
ионообменных смолах. Ниже пред-
ставлено описание основных способов,
а в табл. 3.3 дан перечень применяемых спо-
собов контурной дезактивации за рубежом.
Дезактивация реакторных систем тре-
бует «мягких» растворов, содержащих хи-
мические реагенты в малых концентра-
циях. Фирмой KWU (ФРГ) разработан
оригинальный многостадийный окисли-
тельно-восстановительный процесс дезак-
тивации OZOX, в котором используются
два основных химических реагента. Про-
цесс OZOX, в котором окислительным
реагентом служил перманганат калия,
применялся для дезактивации отдельных
узлов первого контура реактора FRII
Таблица 3.3. Химические способы дезактивации в составе контуров и используемые
Способы химической дезактивации Используемые химические
окисления восстановления
MEDOC Церий (IV)+ H2SO4 Озон
SODP Церий (IV) + HNO3 Озон
LOMI V2
LOMI-NP или EPRI-LOMI KMnO4+HNO3 V2
HP/CORD НМпО4 Щавелевая кислота, Н2С2О4
HP/CORD UV НМпО4 Н2С2О4
Модификация CORD (опытные исследования) КМпО4 + Н3РО4 или КМпО4 + H2SO4 Н2С2О4
НОР (модификация CORD) КМпО4 Н2С2О4 + N2H4
CANDEREM
Модификация CANDEREM
CANDEREM-AP КМпО4 + щелочь
OPG Н2О2
CITROX
CITROX-AP КМпОд + щелочь
NITROX KMnO4+HNO3 Н2С2О4
*Лимонная кислота — EDTA — аскорбиновая кислота
исследовательского центра в Карлсруэ
(ФРГ) и парогенераторов реактора PWR
на АЭС «Милстоун-2» (США). Недавно
разшботан вариант этого процесса, назван-
ныи CORD (Chemical Oxidation and
Reduction Decontamination — химическая
окислительно-восстановительная дезакти-
вация). Концентрация реагентов в нем
значительно ниже, чем в процессе OZOX,
что способствует уменьшению отходов
и увеличению коэффициента дезактивации.
Один цикл дезактивации (7—10 ч) со-
стоит из четырех стадий:
окисления марганцовой кислотой в мо-
мент ее образования (применение кислоты
по сравнению с перманганатом калия приво-
дит к более эффективному окислению и су-
щественному уменьшению объема РАО);
реагенты
реагенты на стадиях Страна-разработчик
растворения/ дезактивации (комплексообразование) разложения остатка восстановителя
Бельгия, фирма SCK/CEN
Швеция, фирма Studsvik
Пиколиновая кислота Великобритания
Пиколиновая кислота США, институт EPRI
Избыток щавелевой кислоты Германия, Areva NP
Избыток щавелевой кислоты Фоторазложение (УФ-излучением) Германия, Areva NP GmbH
h2c2o4+edta Н2О2 + активированный уголь Япония
H2C;O4 + N2H4 Катализатор на основе Н2О2
Лимонная кислота + EDTA Канада, фирма AECL
Композиция СЕА* Индия, центр BARC
Композиция СЕА
Н2С2О4 + глюконовая кислота Германия
Лимонная + Н2С2О4 Великобритания
Великобритания
н2с2о4 США. фирма PN Sendees
восстановления перманганата раство-
ром органической кислоты в стехиомет-
рическом количестве;
дезактивации, т. е. растворения оксид-
ных пленок и комплексования ионов ме-
таллов избытком органической кислоты;
хемосорбции растворенных радиоак-
тивных веществ и дезактивирующих ре-
агентов на ионообменных смолах, кото-
рые затем обрабатываются для оконча-
тельного захоронения.
Применение процесса CORD как для
PWR, так и для BWR, проверенное на
опытных образцах, дало хорошие коэф-
фициенты дезактивации без какого-либо
повреждения поверхности.
Хромистые стали, аустенитные мате-
риалы, сплавы никеля (инколой-600,
инколой-800) и циркалой коррозионно
стойки даже после 5—9 циклов обработ-
ки. Более заметным воздействие раство-
ров может быть на стеллиты и стали, пла-
кированные хромом.
Автоматизированное передвижное
устройство (AMDA) используется для дез-
активации с помощью способа CORD как
всех систем реактора, так и отдельных
его узлов (основных каналов парогене-
раторов PWR и трубопроводов контура
циркуляции BWR). Оно связано с обо-
рудованием легкосъемными гибкими
трубопроводами и контролируется дис-
танционно. Панель управления и при-
емная емкость расположены в местах с ми-
нимальной радиацией, все остальные узлы
установки — как можно ближе к месту
проведения дезактивационных работ.
Процесс CORD всегда оптимизиру-
ется для каждого конкретного случая дез-
активации, так как объем, поверхность,
структура оксидных пленок являются ре-
шающими факторами, определяющими
время и концентрацию химических реа-
гентов. Химия процесса проверялась
первоначально в лаборатории, а затем на
опытном стенде DETESTA, состоящем из
контура циркуляции с испытательной
секцией, в которую помещаются либо
образцы, либо узлы технологического
оборудования. С контуром циркуляции
связана система очистки (механический
фильтр, ионообменник, линии дегаза-
ции). Соотношение различных видов
очистки в этой системе можно изменять
в соответствии с натурными условиями
при дезактивации реактора. Поскольку
CORD является многоступенчатым про-
цессом, можно регулировать число цик-
лов дезактивации в зависимости от
результатов испытаний. В частности,
может оказаться экономически невыгод-
ным проводить дополнительный цикл
обработки, так как мощность дозы после
второго цикла обычно уже относительно
мала и количество образующихся отхо-
дов приблизительно одинаково для каж-
дого цикла.
Чтобы осуществить дезактивацию этим
способом, необходимо заполнить весь кон-
тур очищенной водой, нагреть ее до 95 °C,
ввести окислитель и после 5 ч такой
обработки добавить двухосновную карбо-
новую кислоту (например, щавелевую)
для восстановления избытка окислителя.
Процесс завершается через 2—3 ч.
Дезактивирующие растворы могут
быть пропущены через ионообменники,
очищенная вода направлена либо на слив,
либо на использование в последующих
циклах дезактивации. Поскольку концен-
трация реагентов чрезвычайно низка, тре-
буемое количество смол незначительно.
Для удаления слабофиксированных ок-
сидных пленок рекомендуется обработать
дезактивированную поверхность водой
под высоким давлением.
На АЭС «Изар-1» в Германии была
проведена дезактивация оборудования
циркуляционного контура реактора BWR
в целях уменьшения уровней радиации
перед проведением ремонтных и инспек-
ционных работ. В состав системы дезак-
тивации входят трубопроводы, циклон
для отделения частиц продуктов корро-
зии, измерительные устройства, фильт-
ры, вентили и т. д. Общий объем систе-
мы, включая оборудование для дезакти-
вации, составил около 12 м3.
Для проведения трех циклов дез-
активации по способу CORD, включая
заполнение и нагрев раствора, необходи-
мо 48 ч. Общее количество удаленной
радиоактивности составило 48,3 • 1010 Бк
в первом цикле, 25,5 • 1О10 Бк во втором
и 7,1 • 1О10 Бк в третьем. Уровни радиации
в помещении были уменьшены в 6—8 раз.
Коэффициент дезактивации в 20 точках
оборудования (фильтры, вентили, насосы,
трубопроводы, циклон) составил в сред-
нем 18 (насосы — 30, трубопроводы — от 10
до 40, циклон с трубопроводом — 10).
Дезактивирующий раствор был слит в ап-
парат упаривания жидких радиоактивных
отходов, где его химически разрушили
до СО2, что значительно уменьшило
общее количество отходов.
Этот процесс может также применять-
ся для дезактивации съемного оборудо-
вания. На BWR АЭС «Санта-Мария-
де-Гарона» в Испании замененные части
трубопровода и вентилей контура тепло-
носителя были дезактивированы с при-
менением процесса CORD до уровней,
соответствующих национальным нормам
радиационной безопасности (Р -актив-
ность— 3,7 Бк/см2, а-активность —
0,37 Бк/см2). Допустимая удельная радио-
активность была не более 74 Бк/г. Дли-
на демонтированных частей труб состав-
ляла от 0,5 до 3,5 м, масса — от 0,3 до
2,5 т. Общее количество загрязненного
металла —15 т, мощность дозы — при-
близительно 30 000 Зв/ч. Чтобы обеспе-
чить необходимую степень очистки ме-
талла, пришлось удалить около 50 мкм
поверхностного слоя.
Последовательность проведения работ
по дезактивации: подготовка секций труб
к очистке, химическая дезактивация спо-
собом CORD, очистка водой под высо-
ким давлением, контроль сварных швов
и измерение мощности дозы, резка труб
с отделением сварных швов, электрохими-
ческая дезактивация способом ELPO,
очистка водой под давлением, измерение
мощности дозы. *
Дезактивация способом CORD про-
должалась 6—12 ч при 90 °C. Электро-
химическая очистка проводилась для
удаления остаточной радиоактивности
после химической обработки (снятие
50 мкм слоя металла). Для удаления
электролита участки труб промывали
с помощью гидромонитора. Все материа-
лы дезактивировали до требуемых уров-
ней, за исключением нескольких трудно-
доступных мест на седлах клапанов за-
порной арматуры.
Средний коэффициент дезактивации по
отдельным стадиями обработки составил:
химическая дезактивация — 15;
обработка гидромонитором — 3;
электрохимическая дезактивация — 550.
Комбинированная дезактивация обес-
печила снижение мощности дозы на тру-
бах от 10 000—30 000 Зв/ч до 1—2 Зв/ч.
Поверхностное загрязнение после
дезактивации: (3 -активность — менее
3,7 Бк/см2; а-активность — менее
0,37 Бк/см2, удельная радиоактивность —
менее 74 Бк/г. Общее количество образо-
вавшихся жидких отходов: 100 м3 от
химической и 2 м3 от электрохимической
дезактивации.
Разновидностями процесса CORD явля-
ются процессы HP/CORD и HP/CORD UV
В процессе HP/CORD в качестве окис-
лителя, растворяющего оксид металла, ис-
пользована марганцовая кислота (НМпО4),
а в качестве восстановителя — щавелевая
кислота (Н2С2О4). В процессе HP/CORD UV
применяется фотокаталитическое разложение
Таблица 3.4. Результаты полномасштабной дезактивации оборудования АЭС «Штаде»
с использованием процесса HP/CORD UV
Среднее значение КЛ Масса удаленных продуктов коррозии, кг Общая удаленная активность Коэффициент снижения мощности амбиентной дозы
общее первого контура трубопроводов парогенератора вспомога- тельных систем
>58 >74 >160 >38 609 2,7 1013 Бк (730 Ки). Более 90 % по “Со >75
щавелевой кислоты под воздействием
ультрафиолетового (UV) излучения пос-
ле завершения каждого цикла процесса.
HP/CORD UV-процесс был использован
при дезактивации системы отвода
остаточной теплоты (RHR) реактора PWR
конструкции фирмы KWU на АЭС «Бор-
сель» (Нидерланды).
Процесс HP/CORD UV был приме-
нен в 2004—2005 гг. компанией Areva NP
при полномасштабной дезактивации АЭС
«Штаде» (Германия) в целях уменьшения
мощности доз облучения до начала дея-
тельности по выводу из эксплуатации
реактора PWR мощностью 662 МВт (эл.),
который окончательно остановился в нояб-
ре 2003 г. после 31 года эксплуатации.
Были дезактивированы все основные си-
стемы и компоненты АЭС: корпус реак-
тора вместе с системой компенсации дав-
ления; четыре петли контура охлаждения
вместе с ГЦН и парогенераторами, а так-
же система отвода остаточной теплоты;
система контроля объема; система очист-
ки реакторной воды; деаэратор и компо-
ненты аварийной системы охлаждения
активной зоны (АЗ). Работы по дезакти-
вации контура теплоносителя включали
дезактивацию первого контура и основных
вспомогательных систем общим объемом
310 м3 и площадью поверхности 17 000 м2.
После четырех циклов процесса дезакти-
вации при 90—95 °C (табл. 3.4) образо-
валось 15,4 м3 отработанных ионообмен-
ных смол, что является очень хорошим
результатом по сравнению с применением
других процессов.
CAN-DECON — процесс, разработан-
ный для дезактивации реакторов CANDU.
В этом процессе используются те же реа-
генты, что и в процессах с высокими кон-
центрациями: лимонная и щавелевая кис-
лоты и ЭДТА, но при низких концентра-
циях. Примерное соотношение этих ре-
агентов в процессе — 30:30:40; общая
концентрация — 0,1...0,2 %. Коэффициент
очистки в этом процессе в зависимости
от типа реактора (вследствие различных
механизмов образования поверхностных
оксидных слоев) может меняться в широ-
ких пределах: для реакторов CANDU —
от 10 до 15, для реакторов BWR — от 4
до 40; для получения удовлетворитель-
ных результатов по системам реакторов
PWR требуется введение стадии предва-
рительного окисления щелочным раство-
ром перманганата калия (концентрация
КМпО4 — 0,1...0,5 %, NaOH - 0..Д5 %).
Процесс запатентован фирмой Atomic
Energy of Canada Ltd., Канада.
LOMI-процесс основан на использо-
вании новой серии дезактивирующих
реагентов (LOMI-реагентов), содержащих
в своей основе два главных компонента:
ион металла низкой степени окисления
(V2+ или Сг2+) и комплексообразователь.
Наилучшим реагентом из разработанных
в LOMI-процессе является ванадиевая
соль пиколиновой кислоты (пиколинат
ванадия), которая при молярных концен-
трациях 10-2—10-3 для некоторых типов
оксидных слоев показывает высокую
эффективность в одностадийном вари-
анте. Для повышения эффективности
дезактивации (для случая оксидных сло-
ев, например, с высоким содержанием
хрома) процесс проводится в две стадии
с использованием на первой стадии ще-
лочного или азотнокислого растворов
перманганата калия. Процесс запатенто-
ван Центральным энергетическим управ-
лением Великобритании и до настояще-
го времени использовался в основном для
дезактивации компонентов при техниче-
ском обслуживании реакторов BWR
и PWR. Однако изучена возможность по-
вышения коэффициента дезактивации до
100 на образцах из нержавеющей стали
путем проведения нескольких циклов
процесса.
POD — трехстадийный процесс: на
первой стадии используется раствор
азотнокислого перманганата калия с кон-
центрацией 0,1 %, pH = 2,5; на второй
стадии — смесь азотной и щавелевой кис-
лот; на третьей — смесь лимонной и ща-
велевой кислот. Достигаемый коэффи-
циент дезактивации составил от 4 до 25,
наиболее типичные значения — 5... 10.
Процесс HOP (Hydrazine Oxalic acid
Potassium Permanganate process) обеспе-
чивает высокий коэффициент дезакти-
вации, менее выраженное коррозионное
воздействие и минимальное количество
вторичных РАО. В процессе НОР в ка-
честве окисляющего реагента использу-
ется раствор перманганата калия, а вос-
станавливающего — раствор щавелевой
кислоты при значении pH = 2,5 путем до-
бавления гидразина (N2H4). Метод НОР
применялся на ряде АЭС Японии для дез-
активации не только отдельных систем
(контура охлаждения АЗ реактора и тепло-
обменника контура очистки реакторной
воды), но и для дезактивации всей систе-
мы реактора BWR, включая его корпус.
В процессе CANDEREM, также реге-
неративном, используются лимонная кис-
лота и комплексообразующий реагент —
этилендиаминтетрауксусная кислота
(EDTA). Процесс CANDEREM был при-
менен для химической дезактивации сис-
темы охлаждения реактора PWR (без топ-
лива), выполненной фирмой PN Services
на АЭС «Индиан Пойнт-2» (США) в се-
редине 1990-х годов во время останова
реактора для перегрузки топлива. В на-
стоящее время этот процесс использует-
ся фирмой «Westinghouse» для дезакти-
вации системы охлаждения (без выгруз-
ки топлива) для своих реакторов PWR.
В центре В ARC (Индия) проведены
исследования по растворению гематита
как основного слоя, в котором находится
наибольшее количество загрязняющих
радионуклидов. Установлено, что восста-
навливающая и (или) комплексообразую-
щая композиция СЕА (лимонная кислота —
EDTA—аскорбиновая кислота) при соот-
ношении концентраций 11:44:4 ммоль/дм3
является оптимальной смесью.
В процессе CITROX, который предназ-
начен для дезактивации трубопроводов
и компонентов системы реакторов PWR
и BWR, используются лимонная и ща-
велевая кислоты.
Процесс NITRОХ разработан для хи-
мической дезактивации насосов в системе
охлаждения реактора как аналог CITROX-
процесса в целях уменьшения образова-
ния вторичных отходов. В нем применя-
ются азотная и щавелевая кислоты и пер-
манганат калия. Квалифицирован фир-
мой «Westinghouse» для химической
дезактивации насосов в системе охлаж-
дения реакторов принадлежащих ей АЭС.
Контурные дезактивации принципи-
ально улучшают радиационную обстанов-
ку в целом по помещениям ЯЭУ, изме-
няя в них пространственное распределе-
ние и абсолютные значения мощности
дозы.
3.3. КОНТУРНАЯ ОЧИСТКА
ПАРОГЕНЕРАТОРОВ
Во время эксплуатации реакторов
PWR и ВВЭР химические примеси и про-
дукты окисления (частицы и ионы), об-
разующиеся во втором контуре, накап-
ливаются в различных твердых формах
(от мелкодисперсного порошка до пори-
стых отложений) на корпусе, трубных
решетках, поверхностях труб парогене-
ратора или в виде концентрированных
растворов в щелях и зазорах, что приво-
дит к коррозионному разрушению труб
парогенератора в районах трубной доски
и кожухов труб вследствие образования
питтингов, язв, межкристаллитной кор-
розии и коррозионного растрескивания.
При работе АЭС на внутренних по-
верхностях трубок парогенераторов могут
накапливаться радиоактивные отложения,
что значительно усложняет внутренние
осмотры, а также ремонтные работы внут-
ри парогенераторов. Например, после не-
скольких лег эксплуатации мощности дозы
у -излучения вблизи трубчатки парогене-
ратора могут достигать 3—5 Р/ч. Основ-
ной вклад в мощность дозы вносят такие
продукты коррозии, как кобальт-60 (36 %);
марганец-54 (15 %); кобальт-58 (10%),
а также некоторые продукты деления ура-
на. Поэтому требуется периодическая от-
мывка внутренних поверхностей трубок
парогенераторов.
Традиционные варианты очистки па-
рогенераторов заключаются в промывке
зазоров, пучков труб, очистки с помо-
щью гидромониторов и заполнении дез-
активирующим раствором парогенерато-
ра. Зазоры промываются для удаления
накопленных продуктов в щелях между
трубами и кожухом парогенератора, а так-
же между трубами и трубной решеткой.
Промывка пучка труб применяется в слу-
чае большого количества шлама, но она
недостаточно эффективна. Струей воды
под давлением обычно удаляются слабо-
фиксированные продукты коррозии, от-
кладывающиеся на поверхности корпуса
парогенератора во время эксплуатации
реактора. Однако это не позволяет уст-
ранить загрязнения, накапливающиеся в
щелях, на внутренних поверхностях труб
или на верхней части трубной решетки.
Очистка путем заполнения дезактиви-
рующим раствором и дренирования па-
рогенератора дает эффект только в том
случае, если радиоактивные вещества на-
ходятся в ионной форме, нерастворимые
загрязнения удаляются плохо.
В последнее время стали широко при-
менять специальные схемы автономной
дезактивации парогенераторов. Так, на
АЭС с реакторами ВВЭР-440 использу-
ется схема автономной дезактивации
внутренней поверхности трубок каждого
отдельного парогенератора.
На рис. 3.3 представлена установка
для дезактивации парогенератора, при-
меняемая на Нововоронежской АЭС.
При монтаже установки первоначально
производится отсечение парогенератора
от первого контура с помощью специ-
альных заглушек. Затем к верхней части
холодного и горячего коллекторов под-
соединяется циркуляционный насос.
Монтируется бак для приготовления дез-
растворов. Установка работает следую-
щим образом: предварительно осушен-
ный по первому контуру парогенератор
заполняется из бака приготовленным
раствором, после чего включается насос,
создающий циркуляцию раствора в труб-
чатке парогенератора со скоростью не
менее 0,1 м/с. Подогрев системы про-
изводится горячей водой со стороны второ-
го контура. Отработавшие дезрастворы
и промывочные воды удаляются с помо-
щью сжатого воздуха.
Технологическая последовательность
автономной дезактивации трубчаток и
внутренней поверхности сборных коллек-
торов парогенератора с применением дан-
ной установки такова: парогенератор на-
полняется щелочным раствором калия
(КОН) с концентрацией 30 г/кг и пер-
манганата калия с концентрацией 3 г/кг.
Затем с помощью насоса устанавливается
циркуляция по трубкам парогенератора
дезактивирующего раствора с одновремен-
ным разогревом его до 363 К. Промывка
щелочным раствором занимает 15—24 ч.
После этого щелочной раствор вытесня-
10
Рис. 3.3. Принципиальная технологическая
схема установки для дезактивации парогенера-
тора, применяемой на Нововоронежской АЭС:
1 — корпус парогенератора; 2 — трубчатка
парогенератора; 5 — сжатый воздух;
4 — электродвигатель; 5 — насосное устройство;
6 — коллекторы; 7 — устройство «холостое»;
8 — бак для приготовления дезрастворов;
9 — сброс отработанных растворов;
10 — трубопровод Ду 500
ется из парогенератора сжатым воздухом
и парогенератор промывается чистым ди-
стиллятом в течение 0,5—1,0 ч.
Далее парогенератор заполняется кис-
лотным раствором щавелевой кислоты
с концентрацией 15—20 г/кг и азотной
кислоты с концентрацией 0,5—1,0 г/кг.
Циркуляционная промывка парогенера-
тора в кислом растворе выполняется в те-
чение 5—8 ч, затем этот раствор удаляет-
ся из контура циркуляции; окончатель-
ная промывка трубок парогенераторов
проводится слабощелочным раствором
едкого калия (с концентрацией не более
2 г/кг) и затем чистым дистиллятом.
За один цикл отмывки парогенерато-
ра по указанной автономной схеме ко-
эффициент дезактивации достигает 10.
При необходимости более тщательной
отмывки (например, при высоких мощ-
ностях дозы у -излучения) количество
циклов дезактивации парогенератора уве-
личивается до трех-четырех. Опыт под-
тверждает, что после двух-трех циклов
отмывки коэффициент дезактивации мо-
жет достигать 80—100.
В последнее время на Кольской и дру-
гих АЭС с серийными реакторами ВВЭР
для автономной дезактивации парогене-
раторов используется усовершенствован-
ная схема, в которой циркуляция дезак-
тивирующих растворов через трубчатку
осуществляется с помощью специально-
го осевого (пропеллерного) насоса, уста-
навливаемого в один из коллекторов па-
рогенератора, что позволяет увеличить
скорость движения раствора по трубкам
в 2—3 раза и тем самым повысить эф-
фективность отмывки отложений.
В 2004 г. в российском Федеральном
государственном унитарном предприятии
«Опытно-конструкторское бюро (ФГУП
ОКБ) “ГИДРОПРЕСС”» с использова-
нием опыта проведения дезактивации
парогенератора РУ с ВВЭР-440 разрабо-
тана и изготовлена установка дезактива-
ции (УДПГ) парогенератора ПГВ-1000М
для Тяньваньской АЭС в Kumat.
Парогенератор дезактивируется пооче-
редной прокачкой дезактивирующего рас-
твора через секторы из пяти вертикальных
рядов теплообменных труб из «горячего»
коллектора в «холодный». По остальным
теплообменным трубам дезактивирующий
раствор из «холодного» коллектора само-
теком вновь возвращается в «горячий» за
счет разности уровней дезактивирующего
раствора в коллекторах.
По результатам измерений мощности
дозы у -излучения у «холодного» коллек-
тора ПГ в средней части по высоте через
отверстие в крышке УДПГ до и после
дезактивации оценивается эффективность
(коэффициент) дезактивации.
Установка дезактивация парогенерато-
ра состоит из следующих основных со-
ставных частей: устройства насосного,
крышки, двух заглушек коллектора, ком-
плекта аппаратуры управления. В состав
УДПГ также входят рукав для химика-
тов, рукава и трубки для подачи возду-
ха, кабели соединительные.
Устройство насосное, устанавливаемое
на «горячий» коллектор ПГ, обеспечивает
с помощью погружного насоса прокачку
дезактивирующего раствора через тепло-
обменные трубы парогенератора, а также
герметичность «горячего» коллектора пер-
вого контура ПГ при вытеснении отрабо-
танного дезактивирующего раствора и про-
мывочной воды из коллектора сжатым воз-
духом. Дезактивирующий раствор распре-
деляется по трубам соплом, которое за
44 шага поворачивается на 360° и последо-
вательно продувает все теплообменные тру-
бы парогенератора. В устройстве насосном
применен оригинальный движитель, вы-
полненный в виде блока коронок, кото-
рый преобразовывает поступательное дви-
жение поршня пневмоцилиндра во враще-
ние подвижных частей устройства и одно-
временно обеспечивает плотное прижатие
уплотнительного резинового элемента сопла
к стенкам коллектора, исключающее про-
течки дезактивирующего раствора.
На крышке УДПГ, которая устанав-
ливается на «холодный» коллектор ПГ,
находятся патрубок для подвода дезак-
тивирующего раствора, патрубки для под-
вода и отвода воздуха, три датчика-реле
уровня, пневморедуктор для понижения
давления воздуха из воздушной линии
АЭС до давления вытеснения дезакти-
вирующего раствора из коллекторов ПГ —
0,25 МПа, два предохранительных кла-
пана и пробка для отбора проб в процес-
се дезактивации. Крышка также обеспе-
чивает герметичность «холодного» коллек-
тора ПГ при вытеснении отработанного
дезактивирующего раствора и промывоч-
ной воды из коллектора сжатым возду-
хом через устройство отводящее, также
устанавливаемое на крышке.
Для формирования герметичного объе-
ма в первом контуре парогенератора при
проведении операции дезактивации внут-
ренних поверхностей коллекторов и тепло-
обменных труб парогенератора использу-
ются две заглушки коллектора, которые
устанавливаются в полости каждого кол-
лектора ПГ в районе внутренней проточки.
Управление УДПГ и электропитание
погружного насоса устройства насосного
осуществляются с помощью комплекта
аппаратуры управления, основным эле-
ментом которой является щит упраале-
ния. Аппаратура упраатения обеспечивает
плавные пуск погружного насоса при при-
жатом к стенкам коллектора сопле и оста-
нов насоса при отжатом сопле, срабаты-
вание блокировок, работу датчиков-реле
уровня и индикацию их показаний, по-
зволяет определять текущий номер шага.
В проекте УДПГ использована техноло-
гия трехмерного проектирования на основе
программы SolidWorks, что позволило:
выполнить общую и детальную ком-
поновку изделия с проведением анализа
собираемости отдельных узлов изделия,
их взаимодействия, удобства монтажа
и обслуживания;
значительно сократить время на эта-
пе выпуска рабочей документации бла-
годаря генерированию из детальной трех-
мерной модели установки для дезактива-
ции парогенератора двумерных чертежей;
провести кинематический анализ дви-
жущихся частей установки для дезакти-
вации парогенератора, что дало возмож-
ность отказаться от изготовления макет-
ного образца и существенно сократило
материальные затраты и время на разра-
ботку изделия;
значительно сократить время на раз-
работку конструкции сложных узлов;
детально смоделировать монтажные
операции, которые необходимо выпол-
нять во время эксплуатации установки;
рационально разместить в транспорт-
ных контейнерах оборудование с обеспе-
чением его надежного раскрепления
и удобного доступа персонала для его об-
служивания;
автоматически вычислить массу дета-
лей и изделия в целом, а также коорди-
наты центра масс контейнеров с разме-
щенным в них оборудованием.
В процессе изготовления на стадии
сборки для облегчения работ использо-
вались трехмерные изображения отдель-
ных составных частей и узлов установки
дезактивации парогенератора.
Работоспособность отдельных состав-
ных частей и узлов УДПГ проверена на
специально созданных для этого стапеле
и стенде.
За рубежом на реакторах типа ВВЭР
парогенератор обычно дезактивируется
после отключения от реакторного бака.
Рис. 3.4. Блок-схема установки
для дезактивации парогенератора:
1 — парогенератор; 2 — система ионооб-
менных фильтров (а — вход; б — выход);
3 — тележка с системой вентилей
для осуществления реверса потока;
4 — тележка с насосом; 5 — тележка
с нагревателем
Полученные РАО перерабатываются ме-
тодом выпаривания или на ионообмен-
ных фильтрах. Так, канальные головки
парогенератора на АЭС Beaver Valley
(США) дезактивируются с использовани-
ем кислотно-щелочного процесса. Объем
систем каждого парогенератора составля-
ет 12 м3, значительная поверхность тру-
бопровода из сплава 600 (500 м2) под-
вергается воздействию дезактивирующих
растворов. Первый парогенератор дезак-
тивируется в четыре стадии; щелочной
раствор циркулирует 12 ч при темпера-
туре 95 °C, а кислотный —8ч при 120 °C.
Как показано на рис. 3.4, схема очистки
содержит насосы, нагреватели и ионооб-
менные колонки, соединенные гибкими
шлангами с внутренним диаметром 75 мм.
Для достижения хорошего контакта с ре-
агентом на обеих сторонах парогенера-
тора используется реверсивный поток.
Второй парогенератор дезактивирует
за’б циклов, третий — за 4. Общий
коэффициент дезактивации изменяется
с 4,8 до 6,5. Удаленная с каждого паро-
генератора активность составляет около
(1,1-Н,5). 1012 Бк (30+40 Ки).
На основе процесса, запатентованного
фирмой «ANCO энджинирс» в Калвер-
Сити (США, штат Калифорния) для про-
точной очистки парогенераторов, фирма
«Westinghouse» разработала эффективный
способ рециркуляционной очистки пуль-
сирующим давлением.
Типичный процесс очистки начина-
ется с заполнения парогенератора водой
до уровня несколько выше первой труб-
ной решетки. Затем в полость парогене-
ратора под пульсирующим давлением
с помощью двух пульсаторов подается
азот. Давление газа возрастает до тех пор,
пока вода не покроет всю высоту труб-
ного пучка. Перемещение воды под дей-
ствием быстро расширяющегося газа
и гидравлический удар, сопровождающий
этот процесс, приводят к отслаиванию
продуктов коррозии с внутренних поверх-
ностей парогенератора. Во время дезакти-
вации вода, заполняющая парогенератор,
рециркулирует по замкнутому контуру,
снабженному фильтрующей системой,
удаляющей частицы коррозии и произ-
водящей ионообменную очистку воды
перед ее возвращением в парогенератор.
Рис. 3.5. Схема системы рециркуляцион-
ной очистки парогенераторов пульсиру-
ющим давлением:
1 — парогенератор; 2 — всасывание;
5 — пульсатор; 4 — слои ионита;
5 — возвратная петля; 6 — насос;
7 — накопительная емкость; 8 — фильтр;
9 — сепаратор
Непрерывные процессы поступления
и дренирования воды, а также пропуска-
ние ее через фильтр обеспечивают мак-
симальную очистку парогенератора от
продуктов коррозии после их отслаива-
ния от его поверхностей в результате
пульсационной обработки.
При проектировании оборудования для
пульсационной очистки предусматрива-
лась возможность управления парамет-
рами процесса. Расход воды, продолжи-
тельность очистки, давление газа и дру-
гие параметры выбирались таким обра-
зом, чтобы обеспечить наибольшую
эффективность дезактивации. Конструк-
тивные решения при проектировании обо-
рудования предусматривали возможность
гибкого монтажа и широкого изменения
технологических параметров (рис. 3.5).
По сравнению с другими способами
очистки пульсационный процесс требует
минимального времени и затрат для под-
готовки персонала, обслуживающего обо-
рудование. Основной процесс очистки
продолжается 24 ч: заполнение парогене-
ратора — 10 ч, выдержка раствора — 4 ч,
дренирование —10 ч.
Во время предварительных испытаний
определялись эффективность очистки
в зависимости от размеров и конфигура-
ции зазоров в трубной решетке, а также
воздействия механической нагрузки на
корпус парогенератора и теплообменных
труб при пульсирующем давлении в за-
висимости от применяемого оборудова-
ния и параметров процесса. Первоначально
испытания проводились на моделях паро-
генератора 44 и 51 фирмы «Westinghouse».
После дополнительных промышленных
испытаний их результаты были распрос-
транены на все парогенераторы фирмы.
Разработанная технология была впер-
вые применена в ноябре 1987 г. на аме-
риканской ЯЭУ при перегрузке топлива.
Учитывая специфику накопления отложе-
ний на этой установке, теплообменные
трубы парогенератора предварительно
промывались с помощью гидромонитора.
Затем очищенные поверхности пучка труб
тщательно осматривались визуально для
определения эффективности воздействия
последующей пульсационной очистки.
При осмотре было установлено, что
на наружной поверхности труб со сторо-
ны второго контура сохранились харак-
терные черные отложения продуктов кор-
розии. После пульсационной очистки
парогенераторы вновь промывались с по-
мощью гидромонитора для удаления от-
слоившихся слоев продуктов коррозии.
Эффективность дезактивации определялась
количеством отложений, отслоившихся
или значительно потерявших сцепление
с металлической поверхностью в резуль-
тате пульсационной обработки и удален-
ных затем дополнительной промывкой
с помощью гидромонитора. Было уста-
новлено, что пульсационная обработка
увеличивает эффективность удаления от-
ложений с помощью гидромонитора на
12—22 %. Визуальный осмотр поверхно-
стей после вторичной водной промывки
показал, что на поверхностях труб и труб-
ной решетки какие-либо отложения от-
сутствуют.
При пульсационной очистке выпол-
нялась специально разработанная про-
грамма аналитического контроля (pH,
электропроводность, содержание раство-
римых примесей). Общее количество ра-
створимых веществ, удаленных в процессе
пульсационной очистки, для каждого из
трех парогенераторов составило: 70—100 г
кальция, 13—41 г магния, 16—18 г крем-
ния, 0,8—1,2 г натрия, 2,3—5,1 г сульфа-
тов, 0,2—0,7 г хлора.
3.4. ВАННЫЙ СПОСОБ
Ванная (погружная) дезактивация —
один из наиболее простых и эффектив-
ных способов, заключающийся в погру-
жении дезактивируемого изделия в ванну
с раствором. Этим способом можно дез-
активировать изделия разной конфигура-
ции и различных габаритных размеров.
Основной эффект достигается вследствие
химического воздействия дезактивирующе-
го раствора на радиоактивные загрязнения
и коррозионные отложения. Химическую
реакцию, протекающую в ванне, интен-
сифицируют перемешиванием раствора
и повышением температуры. Растворы на-
гревают электронагревателями, паровы-
ми змеевиками, паровой рубашкой или
острым паром; перемешивание осуществ-
ляют с помощью насосов или барбота-
жем воздуха либо пара. Погружной спо-
соб используют для дезактивации съем-
ного контурного оборудования, оснаст-
ки, арматуры, инструмента.
Размеры ванн дезактивации подбира-
ются исходя из размеров, формы и габа-
ритов демонтируемого оборудования; наи-
более часто используют несколько различ-
ных по объему ванн, связанных воедино
в узел дезактивации.
Стандартно ванны оснащаются:
штуцерами для подвода и слива дез-
активирующих растворов;
штуцером перелива избытка дезакти-
вирующего раствора;
герметичной крышкой для загрузки
оборудования и предотвращения контак-
та персонала с дезактивирующим раство-
ром и парения во время проведения дез-
активации;
устройствами для перемешивания;
устройствами для нагрева;
специальным вентиляционным агре-
гатом с конденсатором для предотвраще-
ния парения дезактивирующих раство-
ров в зоне проведения работ;
контрольно-измерительными прибора-
ми для контролирования проведения дез-
активации.
Существуют конструкции ванн струй-
ного типа, в которых деталь внутри ван-
ны обрабатывается струями дезактиви-
рующего раствора, подаваемого под по-
вышенным давлением и циркулирующего
по замкнутой схеме. Равномерная обра-
ботка достигается вращением обрабаты-
Рис. 3.6. Дезактивация металла двухванным способом
ваемой детали и использованием пово-
ротных сопл.
Другой вид ванн специального назна-
чения — ванна для дезактивации приво-
дов СУЗ реактора. Она изготавливается
в соответствии с размерами приводов,
имеет длину порядка 10 м, диаметр 150—
200 мм и оборудуется крышкой, устрой-
ствами для приема и выдачи растворов,
средствами подогрева (паровой змеевик)
и перемешивания (воздушный барботер),
контрольно-измерительными приборами.
В ней предусмотрено устройство для цен-
тровки и закрепления привода во время
дезактивации и может быть установлено
струйное устройство для промывки при-
вода после дезактивации.
Обычно ванна дезактивации связана
с несколькими баками для приготовления
дезактивирующих растворов и образует
с ними технологическую схему, позволя-
ющую проводить дезактивационные ра-
боты с применением различных реаген-
тов, определенной автономностью от по-
ставок ХЦ АЭС и ускоряющую произ-
водство работ. Данная схема реализована
на Южно-Украинской АЭС. Вместе с тем,
наибольшее применение нашли техноло-
гические схемы, где ванна(ы) дезактива-
ции связана(ы) трубопроводами с ХЦ.
Дезактивирующие растворы, приме-
няемые для погружного способа, отли-
чаются по назначению, составу (хими-
ческому и концентрационному), време-
ни и температуре проведения процесса.
Существует классификация по количе-
ству раз применения одинаковых или
разных рецептур к дезактивируемому
оборудованию: однованная, двухванная
(рис. 3.6) и т. д. Составы и эффектив-
ность наиболее употребляемых раство-
ров для погружной дезактивации пред-
ставлены в табл. 3.5.
В качестве добавок, повышающих мо-
ющее действие, применяются активные
добавки, представляющие собой неорга-
нические электролиты, комплексоны,
органические высокотемпературные со-
единения. Примеры таких добавок при-
ведены в табл. 3.6.
Таблица 3.5. Составы и эффективность наиболее часто применяемых растворов
Шифр раствора Состав растворов -
Одностадийные
Фос (Phos) 10-13 %НзРО4
Оке (Ох) 1-9 %Н2С2О4
ДАЦ l-10%(NH4)2HC6H5O7
МАЦ 2-4 % NH4H2C6H5O7+ 0.15 % ОП-7 + 0,003-0,01 % каптакса
Цитрокс (Citrox) 2,5 % Н2С2О4 + 5 % (NH4)2HCit + 2 % Fe(NO3)3 + 0,4 % тиомочевины
Сульфокс (Sulfox) 3 % H2SO4 + 1 % H2S2O4 + 0,1 % фенилтиомочевины
БИС (Bis) 1.5%NaHSO4
СА (Sul) 4.5-9 % NH;SO3H
DECON 4306В 2 % NH2SO3H + 0.5 % NaF + 1.9 % NaCl + ПАВ
Окс-К-фтор 1.5 % HNO3 + 0.5 % H2C2O4 + 0.2 % NaF
т 0.06-3 % ЭДТА (pH = 9... 10)
Т-Окс 0.5 % трилона + 0.4 % H2C2O4
Т-Ц 0.15 % H3Cit + 0.25.. .0.5 % трилона
ДАЦ-Т (АСЕ) 10 % (NH4)2HCit + 0.4 % трилона + 0.45 % фенилтиомочевины
Фос-Т 2... 3 % H3PO4 + 0.15% трилона + 0.02... 0.03 % каптакса
Окс-П-Фтор 3.6 % Н2С2О4 + 0,2 % HF + 0,06.. .3 % Н.О2
т-ц-г 0,1...0,7 % трилона + 0,2.. .0,5 % H3Cit+
+0.01... 0,3 % NH2OH(N2H4)
СА-Т-Г 2.5 % NH2SO3H + 0.35 % трилона + 0.5 % N2H4 + 0.1 % уротропина
ОКС-П-ДАЦ 5 % (NH4)2C2O4 + 3.8 % (NH4)2HCit + 1 % H2O2
ОКС-П-Гл 0.23 % H2C2O4 + 0.25 % глюконовой кислоты +1.0% глюконата натрия + 1.5 % H2O2
для погружной дезактивации
Режим дезактивации Назначение
Температура, °C Время, ч
(однованные) растворы
60-65 0,5-1,0 27,5 Для углеродистой стали
85-95 1-4 1,3-4 Для нержавеющей стали
85-95 1-4 2-12 Для нержавеющей и углеродистой стали
90 6 27 Для предпусковых и эксплуатационных очисток контуров
85 1-4 3-4 Для удаления рыхлых отложений
45-70 0,5-1,0 12 Для углеродистой стали и алюминия
30-80 1-4 2-7 Для углеродистой стали
45-80 1-4 1.8-4 Для углеродистой стали
95 0.5 10 Для удаления продуктов коррозии с нержавеющей стали
50-100 1 4.3 Для удаления труднорастворимых окислов с металла
60 1-3 Для удаления рыхлых отложений
100 1 7.3 Для съемного оборудования и контуров
100-170 2-6 23 Для контуров реакторов кипящего слоя
85 1-1 4,2-8 Для удаления отложений
90 5 12-18 Для конденсатно-питательного тракта РБМК
95 14 До 104 Для дезактивации высокотемпературных контуров
150-160 4-8 2-20 Для дезактивации контуров и парогенераторов
85 1-2 До 50 Для нержавеющей стали
95 1-4 10-13 Для растворения урана и его соединений
80 1-4 2.2-7.5 Для растворения урана и его соединений
Окончание табл. 3.5
Шифр раствора Состав растворов -
Двухстадийн ые
Нат-Citr а) КМпО4 (30 г/л)+ NaOH (150 г/л) 6)(NH4)2Cit (100 г/л)
Нат-CitrT а) КМпО4 (30 г/л) + NaOH (150 г/л) б) (NH4)2Cit (100 г/л) + ЭДГА (1 г/л)
Окс-К а) КМпО4 (0,1 %) + NaOH (5 %) б) HNO3 (5 %) + Н2С2О4 (0,2 %)
Окс-К-Т а) КМпО4 (0,1 %) + NaOH (5 %)+ СФ-2У (2 %) + трилон Б (0,05 %) б) HNO3 (5 %) + Н2С2О4 (0,2 %)4- СФ-2У (2 %) + трилон Б (0,05 %)
Трехстадийные
К-К-Окс a) HNO3 (3 %) 4- CO(NH2)2(1 %) 6)HNO3 (3 %)4- KMnO4 (0,5 %) в) Н2С2О4 (3 %)
Неорганические электролиты поддер-
живают pH растворов и их коллоидно-
химические свойства. Например, тринат-
рийфосфат Na3PO4, карбонаты, силика-
ты и другие соединения обеспечивают ще-
лочную среду раствора. Силикат натрия,
гидролизуясь в воде, образует высоко-
сольватированные коллоидные мицеллы,
которые обеспечивают высокое моющее
действие раствора.
Таблица 3.6. Виды добавок, повышающих эффективность дезактивирующих растворов,
и их назначение
Вид добавки Пример соединений Назначение
Неорганические электролиты Фосфаты, сульфаты, карбонаты, хлориды, силикаты и т. д. Регулируют pH раствора, повышают адсорбцию ПАВ. улучшают коллоидные свойства раствора, улучшают структурно-механические свойства
Комплексо- образующие вещества ЭДТА и ее натриевая соль, соли лимонной кислоты Обладают комплексообразутощим действием, связывают активные катионы, умягчают воду
Органические вещества Карбоксилметил- целлюлоза Удерживают радиоактивные вещества в растворе и предотвращают их вторичное осаждение
Режим дезактивации Назначение
Температура, °C Время, ч
(двухванные) растворы
90 1-4 10-15 Углеродистые и нержавеющие стали
90 1-4 10-15 Углеродистые и нержавеющие стали
90 1-2 5-20 Удаление прочнофиксированных загрязнении, рыхлых окисных отложений с нержавеющих сталей
90 1-2 5-20 Нержавеющие стали и сплавы титана
(трехванные) растворы
90 6 520 Стали аустенитного и перлитного класса
Назначение комплексонов — связы-
вание радиоактивных ионов и удержа-
ние их в растворе, активизация моюще-
го действия (комплексуют ионы Са и Mg,
снижая жесткость воды). Наиболее ши-
роко распространены этилендиаминтетра-
уксус ная кислота (ЭДТА) и ее натриевая
соль, лимонная кислота и ее соль, окси-
этилендифосфоновая кислота (ОЭДФК),
фосфаты и полифосфаты, различные
экстрагенты.
При выборе дезактивирующих раство-
ров необходимо учитывать коррозионную
стойкость конструкционных материалов
оборудования в тех или иных растворах
(табл. 3.7).
Ниже приведены примеры специали-
зированных способов погружной дезак-
тивации.
Способ DECONA. Схема установки дез-
активации по методу DECONA пред-
ставлена на рис. 3.7. Вначале дезактиви-
руемое оборудование в ванне дезактива-
ции орошается кислотой в режиме ду-
ширования. При накоплении активности
орошающая кислота присоединяется к ос-
новному потоку кислоты для дезактива-
ции металла или направляется в контур
регенерации. После наружного орошения
металла ванна дезактивации заполняется
раствором тетрафторборной кислоты, кис-
лота подогревается до температуры 90 °C
за счет циркуляции в вынесенном подо-
гревателе.
Продолжительность выдержки метал-
ла в ванне (2—6 ч) обусловливается кон-
центрацией HBF4, температурой раство-
ра и содержанием солей металлов.
Таблица 3.7. Скорость коррозии основных конструкционных материалов в дезактивиру-
ющих растворах, г/(м2 • ч), при температуре растворов 373 К
Состав дезактивирующего раствора Содержание компонентов в водном растворе, г/кг Сталь 1Х18Н9Т Сталь 2X13 1 Сталь 3 Никель Медь Цирконий
Щавелевая кислота Трилон Б 5 0,5 0.007 7,0 10 0,12 0,8 0
Орто фосфорная кислота 1 часть кислоты + + 3 части воды 0,03 — - 0,12 1,8 0,27
Азотная кислота Щавелевая кислота Натрий фтористый 50 1 1 0,25 - Образцы растворяются в течение 2 ч 300 80
Серная кислота Азотная кислота Натрий хлористый 180 30 20 175 4224 Образцы растворяются в течение 1 ч 45 мин 670 0
Гидрат оксида калия Перманганат калия Щавелевая кислота 10 5 30 0.014 19 21 0,12 0.5 0
Трилон Б Лимонная кислота Гидроксиламин сернокислый 5 5 1 0,016 0.15 102 0.23 0.63 0
Азотная кислота Щавелевая кислота 50 5 0.013 660 Образ- цы раство- ряются в тече- ние 2 ч 14 14 0
Трилон Б Контакт Петрова 0,5 1 часть контакта + +1 часть воды 1.5 230 236 0.65 1.8 0
Обессоленная вода 0 0 0,3 0 0 0
Рис. 3.7. Схема установки
дезактивации по методу
DECONA
Очищенный металл последовательно
отмывается водой сначала душировани-
ем и затем заполнением ванны. При повы-
шении содержания кислоты более 5 г/л
и уровня активности вода от отмывки ме-
талла направляется на дистилляцию. Ди-
стиллят возвращается на повторное ис-
пользование в цикл, а кубовый остаток
(HBF4) присоединяется к основному по-
току кислоты. Отмытый металл извлека-
ется из ванны с помощью крана и под-
вергается дозиметрическому контролю.
Для вывода радионуклидов, накапли-
вающихся в тетрафторборной кислоте,
предусматривается установка ее регенера-
ции в электролизере. Твердые отходы из
установки регенерации кислоты (в коли-
честве 0,3 кг на 1 т металла) направляются
на хранение. Воздушная сдувка из ванны
дезактивации проходит систему очистки
и сбрасывается в атмосферу.
Способ CONAP предусматривает пред-
варительную щелочную обработку, окис-
лительную фазу дезактивации с помощью
перманганата калия, воздействующего на
металл в кислотной среде, этап дезакти-
вации в растворах комплекса реагентов
и заключительную операцию промывки.
Технологический процесс CONAP был
с успехом применен для дезактивации
оборудования в условиях АЭС.
Технологический процесс дезактива-
ции должен давать минимальный объем
отходов, чтобы обеспечить экономиче-
скую и техническую приемлемость. Имен-
но этот показатель является основным
преимуществом технологического процесса
CONAP. Обработка указанных отходов
происходит за счет сепарации активных
компонентов из растворов химических
реагентов и их концентрации в шламе.
Первый этап такой обработки отходов —
смешение окислительных и комплексных
растворов в целях выделения органиче-
ских кислот, второй — осаждение актив-
ных компонентов в шлам за счет диоксина
марганца, образующегося в результате
разложения перманганата калия. Шлам
затем выделяют из раствора. Такая по-
следовательность обработки отходов дает
объем радиоактивного шлама значитель-
но меньший по сравнению с исходным
объемом рабочих растворов, активные ком-
поненты выделяются в шлам с высокой
эффективностью, образующийся шлам
легко поддается отверждению.
Шлам можно получать в обычных
баках-отстойниках, а затем загружать
в защитные контейнеры. Химические ре-
акции, связанные с дезактивацией, про-
текают при этом в емкостях, где осуще-
ствляется собственно дезактивация, по-
этому отпадает необходимость в испари-
телях, ионообменных сорбентах и др.
Время обработки отходов сводится к ми-
нимуму, а следовательно, уменьшаются
дозовые нагрузки на персонал. Обработ-
ку отходов можно проводить сразу после
дезактивации металлолома в том же мес-
те, где расположено дезактивационное
оборудование, что позволяет исключить
перевозки больших объемов радиоактив-
ных химических растворов.
Серно-кислотный способ эффективен
при удалении прочнофиксированных за-
грязнений. В его основу положено исполь-
зование растворов, воздействующих не
на загрязненные технологические отло-
жения, а на слой металла под ними. При
этом происходит нарушение механиче-
ской связи между металлом и отложения-
ми при сохранении их структуры.
Технологические отложения и загряз-
ненный слой металла на фрагментах не-
ржавеющего оборудования удаляются по-
следовательной обработкой в травильном
и осветляющем растворах. Оба раствора
кислые, включают в себя серную кислоту.
Травильный раствор дополнительно содер-
жат-активатор коррозии (Na2S4O6), а ос-
ветляющий — окислительный компонент:
пероксид водорода. На заключительной
стадии дезактивированные фрагменты от-
мываются водой. В процессе работы тра-
вильный раствор «доукрепляется» серной
кислотой и активатором коррозии метал-
ла, а осветляющий — пероксидом водоро-
да. При этом протекает реакция
Fe2(SO4)3 + 2Na2S2O3 ->
-> Na?SdCL + 2FeSOd + Na9SO4.
По мере накопления в промывочной
воде солей железа она трансформируется
в осветляющий раствор, а осветляющий
раствор — в травильный. Концентрация
серной кислоты в травильном растворе под-
держивается на уровне 100 г/л, а в освет-
ляющем — 5 г/л. В процессе дезактива-
ции температура травильного раствора
составляет 95—100 °C, осветляющего
раствора — 50-^60 °C. Время обработки
в травильном растворе равно 0,5—1,5 ч,
в осветляющем — от 0,5 до 1,0 ч.
Раствор в ванне подогревается при
пропускании через него токов высокой
частоты. Отработанный травильный ра-
створ удаляется в отстойник, где проис-
ходит выпадение осадков сульфата же-
леза, содержащих основную массу радио-
нуклидов. Осветленный травильный ра-
створ передается в емкость для оборотных
растворов. После удаления травильного
раствора в отстойник металл обрабаты-
вается осветляющим раствором.
Принципиальная схема этой системы
представлена на рис. 3.8. Дезактивирую-
щие растворы транспортируются вакуум-
ным способом. Технологическое обору-
дование располагается на трех уровнях:
баки для хранения дезактивирующих рас-
творов — на первом уровне, ванна дез-
активации — на втором, монжюс — на
третьем. В баке Б1 хранится травильный
раствор, в баке БЗ — осветляющий рас-
твор, в баке Б4 — промывочная вода.
Рис. 3.8. Схема дезактивации серно-кислотным методом
Бак 52 предназначен для сбора конденса-
та и является также резервной емкостью.
После загрузки оборудования в ванну
дезактивирующие растворы последова-
тельно поднимаются в монжюс и само-
теком передаются в ванну дезактивации,
а затем самотеком поступают в соответ-
ствующие баки-хранилища. Образующи-
еся в процессе дезактивации пары, про-
ходя через холодильник, конденсируются
и направляются в бак Б2, а дезактиви-
рующие растворы — в систему очистки,
где отделяются сильно загрязненный
травильный шлам и фрагменты удален-
ных с поверхности технологических от-
ложений.
Материал трубопроводов и фасонных
частей — фаолит. Дезактивирующая ванна
имеет композиционную конструкцию.
например наружный слой выполнен из
стеклопластика, средний — из поли-
винилхлорида и внутренний — из кислото-
стойкого бетона. В качестве баков для
хранения дезактивирующих растворов
используются стальные эмалированные
или стальные гумированные емкости.
Запорной арматурой служат шланговые
затворы с ручным приводом и с электро-
приводом. Холодильник изготавливается
из стали (эмалированный).
При дезактивации выделяются кислые
газообразные продукты, например серо-
водород и водород. Кислые пары полно-
стью поглощаются системами транспор-
тировки дезактивирующих растворов
и очистки газовых выбросов. Водород при
этом не поглощается, а направляется в
систему спецвентиляции помещения,
в котором расположена установка. Мак-
симальное количество водорода, которое
образуется в процессе травления стали,
составляет 150—200 мл на 1 г растворен-
ного металла. Максимальная толщина
слоя металла, который можно удалить за
цикл дезактивации, составляет 20 мкм.
Дезактивация углеродистой и низко-
легированной стали проводится последо-
вательной обработкой в двух растворах:
сначала при 90 °C — в травильном,
содержащем серную кислоту и ингиби-
тор коррозии, а затем при 15—60 °C —
в осветляющем растворе, содержащем пер-
оксид водорода и щавелевую кислоту.
На заключительной стадии дезакти-
вированный металл промывается водой.
В процессе работы концентрация серной
кислоты в травильном растворе поддержи-
вается на уровне 50—100 г/л, а концент-
рация ингибитора — на уровне 2—3 г/л.
Концентрация пероксида водорода в освет-
ляющем растворе должна поддерживаться
на уровне 5,0—20 г/л, а pH раствора до-
водят до 1,1 —1,3 добавкой щавелевой
кислоты. Когда в травильном растворе
содержание сульфата железа достигает
200 г/л, он подвергается либо регенера-
ции, либо прямому отверждению с ис-
пользованием комплексного вяжущего
вещества на основе цемента. Осветляю-
щий раствор после достижения в нем
содержания железа, превышающего 5 г/л,
направляется либо на выпарку, либо на
электрохимическое обессоливание. В про-
цессЕ обессоливания осветляющего рас-
твора на катоде выделяются металличе-
ское железо и его оксалат, на аноде —
углекислый газ. После обессоливания
осветляющего раствора до содержания
железа 0,5—1,0 г/л он «доукрепляется»
и используется повторно. Время обработки
в травильном растворе составляет 1—5 ч,
а в осветляющем — от 5 до 30 мин.
Способ дезактивации VS (Very Soft),
разработанный П. Шеррером, в послед-
нее время применяется в ФРГ. Он об-
ладает рядом привлекательных особен-
ностей:
очень незначительная концентрация
растворителей сводит к минимуму опас-
ность коррозионного повреждения дез-
активируемого оборудования и уменьша-
ет объем образующихся радиоактивных
отходов;
существует возможность вести дезак-
тивацию при температуре растворов ме-
нее 90 °C и даже при комнатной темпе-
ратуре, хотя повышение температуры ра-
створов и применение ультразвуковых
излучателей увеличивают эффективность
процесса очистки;
приемлемые результаты могут быть
достигнуты при реализации одноцикло-
вого процесса дезактивации длительно-
стью менее 12 ч;
существует возможность применения
способа для дезактивации как демонти-
рованных компонентов оборудования, так
и циркуляционных петель в собранном
виде, а также поверхностной дезакти-
вации оборудования за счет струйной
обработки.
Все известные способы дезактивации
предусматривают применение на первой
стадии обработки окислительных средств
в виде раствора перманганата калия с до-
бавками щелочей или кислот. При этом
температура рабочих сред должна быть
значительно выше 90 °C, а концентра-
ция растворителя и время действия
раствора на обрабатываемое изделие —
Рис. 3.9. Передвижная установка для дезактивации по способу VS:
1 — бак подготовки растворов (объем 1,5 м3); 2 ~ ванна дезактивации (1,65 м3);
3 — ультразвуковой излучатель (5 кГц); 4 — нагреватель (как вариант);
5 — деионизирующий раствор; 6 — радиоактивные отходы на хранение;
7 — гибкий шланг
достаточно большими. В отличие от это-
го способ VS, предусматривающий исполь-
зование для предварительной обработки
раствора перманганата калия и хромовой
кислоты, дает удовлетворительные резуль-
таты даже при комнатной температуре. Это
объясняется тем, что оксидная пленка на
поверхностях системы первого контура от-
личается сравнительно высоким содержа-
нием хрома. Такие железохромистые шпи-
нельного типа смешанные оксиды плохо
растворимы в большинстве кислот. Одна-
ко если перевести нерастворимые оксиды
трехвалентного хрома в хорошо раство-
римые оксиды шестивалентного хрома,
используя эффективный окислитель,
можно добиться их удаления с помощью
как кислотной, так и щелочной обрабо-
ток. Поэтому способ VS предусматривает
после воздействия на дезактивируемую
поверхность раствора перманганата калия
и хромовой кислоты ее обработку раство-
рами органических кислот с добавками ок-
сидантов, хотя в ряде случаев органиче-
ские кислоты можно использовать и без
каких-либо добавок. Кроме того, на за-
ключительной стадии дезактивации мо-
гут быть применены способы обработки
поверхностей без использования химиче-
ских реагентов, предусматривающие лишь
промывку струями воды, подаваемой под
высоким давлением.
Впервые способ VS применен для дез-
активации двух циркуляционных насосов
первого контура на АЭС «Мюльгейм-
Керлих» (ФРГ) с реактором PWR тепловой
мощностью 3760 МВт. Дезактивацию
проводили на установке, в состав которой
входили бак подготовки растворов и ванна,
где осуществляли собственно дезактива-
цию (рис. 3.9). В бак подготовки растворов
заливали около 1,5 м3 деионизированной
воды, куда вводили 50 кг хромовой кис-
лоты (СгО3 + Н2О) и после нагрева до
80 °C — 6 кг перманганата калия. Цир-
куляционный насос приблизительно на
6 ч погружали в ванну дезактивации для
дополнительного окисления в подготовлен-
ном растворе оксидной пленки на метал-
лических поверхностях при температуре
70 °C с применением ультразвукового
воздействия. После этого в течение 1 ч
проводили обработку при 80 °C с более
интенсивным ультразвуковым воздей-
ствием и сменой раствора в ванне. Рас-
твор меняли еще раз и окислительное воз-
действие на оксидную пленку продолжа-
ли при температуре 30—35 °C в течение
30 мин при периодическом воздействии
ультразвуком. Затем дезактивируемый на-
сос подвергали обработке струями воды,
подаваемой в бак через его спринклер-
ную систему, и извлекали из ванны.
Если перед началом обработки насо-
сов по способу VS радиоактивность од-
ного из них достигала 50—100 мЗв/ч,
а другого — 26—50 мЗв/ч, то после двух
циклов дезактивации радиоактивность
снизилась соответственно до 1,5—8 мЗв/ч
и 30—105 мкЗв/ч, причем эффективность
второго цикла дезактивации оказалась
низкой. В результате обработки насосов
по способу VS удалось для первого из них
достичь уменьшения радиоактивности
в 10—50 раз, а для второго — в 300—1300.
Средняя индивидуальная доза облучения
персонала при проведении работ по дез-
активации насосов не превысила 0,04 мЗв.
Способ удаления лакокрасочных по-
крытий погружной дезактивацией. 6 про-
цессе эксплуатации оборудования АЭС
радионуклиды могут локализоваться
в структуре лакокрасочных покрытий,
масляных пленок, технологических отло-
жений и поверхностных слоев металла.
Одним дезактивирующим раствором не-
возможно эффективно удалить радионук-
лиды при наличии всех этих типов за-
грязнений. Для небольших партий дезакти-
вируемого оборудования в данном случае
возможно ручное использование смывок
краски, представляющих собой смесь рас-
творителей с замедлителями процесса испа-
рения. Это смывки СД(сп), АФТ-1, СП-6,
СП-7, СИБ-9, СПГ-2, СПС-1, АС-1,
СЭУ-1. После удаления лакокрасочного
покрытия с применением смывок поверх-
ность промывают (протирают) ветошью,
смоченной разбавителем № 645.
Для дезактивации больших объёмов кра-
шеного металла целесообразно объединить
удаление загрязненных лакокрасочных по-
крытий и масляных пленок (рис. 3.10) вод-
ным раствором, содержащим щелочные ком-
поненты и поверхностно-активные веще-
ства, при температуре 60—80 °C. Раствор
можно использовать многократно при ус-
ловии «доукрепления» его щелочными
компонентами.
Дезактивирующий раствор нагревает-
ся индукционным нагревателем или с по-
мощью паровой рубашки дезактивирую-
щей ванны и транспортируется вакуум-
ным способом. Все оборудование систе-
мы выполнено из нержавеющей стали.
После накопления в дезактивирующем
растворе значительного количества про-
дуктов деструкции лакокрасочных покры-
тий он направляется на очистку.
Общими преимуществами ванного (по-
гружного) способа являются достаточно
высокие коэффициенты дезактивации; уни-
версальность (применимость практически
для всех материалов, имеющих различные
Рис. 3.10. Схема удаления масляных загрязнений и лакокрасочных покрытий
габариты и конфигурацию); низкие до-
зовые нагрузки на персонал, производя-
щий дезактивационные работы.
К недостаткам способа относятся вы-
сокие экономические затраты на прове-
дение процесса; большой объём вторич-
ных отходов, нуждающихся в переработ-
ке; необходимость учета возможности
переработки вторичных отходов на пред-
приятии, где производятся работы.
3.5. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Повысить коэффициент дезактивации
с одновременным снижением трудоемко-
сти дезактивационных работ можно с по-
мощью ультразвука. Ультразвуковые ко-
лебания распространяются в упругой среде
и способствуют более полному удалению
радиоактивных веществ. Упругой средой
может служить любая жидкость.
Применение ультразвука в промыш-
ленности в целях дезактивации началось
с 1954 г. и в настоящее время достигло
довольно широких масштабов. В про-
мышленных условиях для осуществления
ультразвуковой дезактивации есть два
типа установок.
Установки первого типа представля-
ют собой специальные ванны, в корпус
которых вмонтированы ультразвуковые
преобразователи, создающие ультразву-
ковое поле. В ванны заливается дезакти-
вирующий раствор и погружаются обра-
батываемые изделия.
Принцип действия установок второго
типа основан на перемещении дезакти-
вируемого изделия относительно ультра-
звукового преобразователя. Этот тип
установок используют для дезактивации
труб, цилиндрических и других подоб-
ных поверхностей.
Исторически раньше появились уста-
новки первого типа\ они получили боль-
шее распространение в промышленных
условиях. Сначала в установках, изготов-
ленных в 1954—1955 гг., можно было
обрабатывать объекты небольших размеров
(до 10 см). В установках 1957—1958 гг.
размеры обрабатываемых поверхностей
уже составляли 120—180 см. В 1960 г.
в Англии была создана ультразвуковая
установка, ванна которой имела размеры
5,3 х 3,0 х 0,76 м. При помощи этой уста-
новки можно дезактивировать элементы
реактора массой до 2 т.
Крупная ультразвуковая установка для
дезактивации узлов и деталей газодиффу-
зионных аппаратов по обогащению урана
имеет ванну размером 4,8 х 0,6 х 0,75 м.
Установки подобного типа позволяют про-
изводить дезактивацию таких узлов, как
клапаны, фильтры, сальники, шнеки
и другие детали насосов, загрязненных
UO3, UF4 и uo2f2.
Некоторые узлы и агрегаты можно
подвергнуть дезактивации без разборки.
Дезактивацию твэлов, изготовленных из
нержавеющей стали и магниевых спла-
вов, которые подвергались загрязнению
кислыми растворами продуктов деления
и уранилнитратом, производят с помо-
щью ультразвукового поля частотой
2ФкГц и интенсивностью 0,8 Вт/см2.
Процесс дезактивации длится 2 мин. С
использованием магнитострикционного
преобразователя коэффициент дезактива-
ции в 400—500 раз выше, чем при хими-
ческом способе дезактивации.
Форма ванн в промышленных уста-
новках определяется конфигурацией об-
рабатываемых поверхностей. Ванна про-
мышленных установок, предназначенных
для дезактивации защитных рабочих шле-
мов, выполнена в форме полушария. Для
дезактивации стальных плит использу-
ют прямоугольный бак. Для дезактива-
ции крупных изделий можно одновре-
менно использовать несколько генерато-
ров ультразвуковых колебаний. В отдель-
ных случаях число их не превышает
четырех, но может увеличиваться до 40.
Количество генераторов ультразвуковых
колебаний определяется размерами ванн,
а также конструкционными особеннос-
тями самих генераторов.
В зависимости от вида оборудования
и материала, из которого оно изготовля-
ется, подбирают состав жидкой среды (на-
пример, для дезактивации медицинских
инструментов используют 2 %-й раствор
НС1). В связи с тем, что дезактивация
металлических поверхностей в ультразву-
ковом поле связана с удалением коррози-
онной пленки, используют окислитель-
но-восстановительные реакции. Возмож-
на дезактивация в среде органических ра-
створов гелей. В качестве органического
растворителя применяется перхлорэтилен.
Установки второго типа применяют
сравнительно редко. Их используют для
дезактивации труднодоступных мест
и внутренних поверхностей трубопроводов,
укрепляя непосредственно в них магнито-
стрикционные преобразователи ультра-
звуковых колебаний. Дезактивацию тру-
бопровода можно осуществить протяги-
ванием преобразователей через внутрен-
ние поверхности трубопровода, а в тех
случаях, когда загрязнены наружные
поверхности труб, протягивание произ-
водят через преобразователи, имеющие
кольцевые выемы.
Таким образом, дезактивацию ультра-
звуком выполняют в специальных уста-
новках, конструкционные размеры кото-
рых и режим работы определяются раз-
мерами обрабатываемых объектов.
Распространение ультразвуковых (УЗ)
колебаний в жидкости сопровождается ря-
дом механических, физических и хими-
ческих явлений, способствующих удале-
нию загрязнений с поверхностей. Ультра-
звуковые колебания создают в жидкости
нерегулярное поле с разрывами сплош-
ности среды и вызывают кавитацию, аку-
стические потоки, которые оказывают
физическое воздействие на процесс очи-
стки и усиливают химическое взаимодей-
ствие моющего раствора и загрязнений.
Генератор ультразвука не только при-
водит прилегающие к нему частицы сре-
ды в колебательное движение относительно
положения равновесия, но и вызывает
постепенное их смещение. В результате
образуется поток жидкой среды, который
называют акустическим течением. Нали-
чие акустического течения способствует
интенсивному перемешиванию среды. На
эффективность дезактивации особое вли-
яние оказывает акустическое течение, воз-
никающее в пограничном слое, которое
способствует удалению загрязнений с об-
рабатываемой поверхности и поступлению
свежей порции дезактивирующего раство-
ра к поверхности.
Количественно воздействие ультра-
звука на обрабатываемую поверхность
характеризуется звуковым (акустическим)
давлением, под которым подразумевают
переменное давление, действующее на
препятствие со стороны ультразвуковых
колебаний.
Звуковое давление
Р =—J20pc/,
981v
где р — плотность среды; с — скорость
звука в данной среде; /— интенсивность
звука.
Звуковое давление характеризует пе-
реход вещества из области акустического
поля в окружающую среду и обратно,
давление звуковой волны у препятствия,
а также взаимодействие акустического
поля с невозмущенной средой. Звуковое
давление создает избыточное давление
у обрабатываемой поверхности и опреде-
ляет полноту удаления радиоактивных
веществ с загрязненной поверхности.
Звуковое давление можно выразить
посредством энергии звуковой волны ин-
тенсивности (силы) звука. Энергия звуко-
вой волны Е пропорциональна плотности
жидкой среды р, амплитуде А2 и частоте
колебаний v2 :
Е = —рсо2.42 = 2к2ру2А2,
где со = 2лу — угловая частота колебаний.
Воздействие акустического течения
и звукового давления распространяется
в жидкой среде на относительно большие
расстояния между мембраной ультра-
звукового преобразователя и обрабаты-
ваемой поверхностью. При увеличении
этого расстояния от 10 до 500 мм коэф-
фициент дезактивации, например, пер-
хлорвиниловых пленок дтя 60Со снижа-
ется всего с 1250 до 1000, а для 59Fe
(КЛ = 1250) и 144Се (Kj = 335) остается
без изменений.
Главным фактором, способствующим
разрушению поверхностных пленок за-
грязнений, является кавитация. Ультра-
звуковое поле создает в жидкости пере-
менные давления (чередование сжатия и
разрежения). Давление внутри колеблю-
щейся жидкости в фазе разрежения мо-
жет падать ниже упругости пара жидко-
сти, она разрывается, возникают пусто-
ты (пузырьки). Амплитуда звукового дав-
ления, при которой жидкость разрывается,
называется порогом кавитации. Для
лишенной газа дистиллированной воды
порог кавитации составляет примерно
28 МПа, для загрязненных жидкостей —
значительно меньше вследствие присут-
ствия зародышей кавитации. Пузырьки,
схлопываясь при увеличении давления
(фаза сжатия), создают мощные импуль-
сы давления, вызывающие кавитацион-
ные разрушения на поверхности твердых
тел. В воде при 25 °C, частоте колебаний
20 кГц и амплитуде звукового давления
9,8 МПа парогазовая смесь сжимается до
давления 300 МПа и нагревается до тем-
пературы более 5000 °C за 40 мкс.
Кавитация способствует удалению
поверхностных загрязнений, перемеши-
ванию раствора у поверхности раздела
фаз, растворению осадков вследствие дис-
пергирования частиц.
Число, размеры кавитационных пу-
зырьков и эффективность УЗ-очистки
зависят от многих параметров, главные
из которых — интенсивность ударных
волн, звуковое давление, частота колеба-
ний, физические свойства жидкости (вяз-
кость, плотность, температура, газосодер-
жание), статическое дааление. При увели-
чении частоты колебаний размеры пу-
зырьков уменьшаются, интенсивность
ударных волн падает, а порог кавита-
ции повышается, усиливаются акусти-
ческие потоки. При высокой частоте ка-
витационное поле становится более рав-
номерным и появляется возможность
очистки на значительном расстоянии от
излучателя. При низкой частоте эффек-
тивность очистки падает из-за появле-
ния крупных пульсирующих пузырьков,
не создающих мощных импульсов дав-
ления. Оптимальный для очистки ин-
тервал частот 18—40 кГц.
Звуковое (акустическое) давление на гра-
нице излучателя и жидкости в УЗ-установ-
ках для очистки составляет (2-Н8) • 105 Па.
С повышением звукового давления уве-
личиваются количество пульсирующих
пузырьков и объем кавитационных пу-
зырьков; при оптимальном соотношении
этих показателей эрозионная активность
жидкости максимальна.
Интенсивность ультразвукового поля
I (мощность, приходящаяся на единицу
площади поверхности излучателя) свя-
зана со звуковым давлением Р соотно-
шением
2рс
где р — плотность среды; с — скорость
звука.
Сила взрыва кавитационных пузырьков
и очищающий эффект пропорциональ-
ны величине I. Оптимальная интенсив-
ность УЗ-поля для очистки в диапазоне
частот 18—25 кГц в водных растворах
составляет 0,5—3 Вт/см2. Максимальная
дезактивация наблюдается при удельной
мощности преобразователя 1,3—1,7 Вт/см2.
Предел эффективной интенсивности за-
висит от состава очищающего раствора.
Так, в щелочном растворе КМпО4 кави-
тация прекращается при интенсивности
2,0 Вт/см2 (частота 20 кГц). При интен-
сивности ниже 1 Вт/см2 (докавитацион-
ный режим) эффективность дезактивации
близка к значениям, наблюдаемым при
интенсивном перемешивании раствора.
В результате кавитации образуются
пульсационные парогазовые пузырьки,
которые воздействуют на обрабатывае-
мую поверхность, создавая ударные вол-
ны, способствующие удалению адгези-
онного загрязнения и, частично, поверх-
ностного.
Механизм отрыва частиц загрязнений
можно представить следующим образом:
образовавшиеся пузырьки стремятся при-
липнуть к загрязненной поверхности
(рис .3.11). Благодаря ультразвуковым
колебаниям внутри пузырька происходит
пульсация, в результате которой возни-
кают силы, стремящиеся преодолеть ад-
гезию частиц загрязнений и оторвать эти
частицы от поверхности. Пульсирующие
кавитационные пузырьки способствуют
удалению поверхностных загрязнений.
Кроме того, в момент сжатия пузырь-
ки при определенных условиях могут за-
хлопываться, что сопровождается сильны-
ми гидравлическими ударами и способ-
ствует удалению загрязнений. Сила гид-
равлического удара при кавитации зависит
от частоты и амплитуды колебаний, при-
роды и температуры жидкости, а также
от других факторов.
Изменение давления внутри газовых
пузырьков обусловливает дробление за-
грязнений, находящихся в жидкой среде,
т. е. происходит процесс эмульгирова-
ния и суспендирования. Благодаря это-
му частицы загрязнений удерживаются
Рис. 3.11. Схема удаления
адгезионных загрязнений:
1 — частицы загрязнений;
2 — пузырек; 3 — поверхность
в жидкой среде, чем предотвращается
возможность вторичного загрязнения по-
верхности.
Кавитация определяется удельной мощ-
ностью преобразователя. В связи с этим
влияние кавитации на удаление радио-
активного загрязнения можно характери-
зовать зависимостью между удельной
мощностью преобразователя и коэффи-
циентом дезактивации. Удельная мощ-
ность преобразователя
РПпр Л'СОБфПпр
=?-------------
*^пр ^пр
где I— сила тока; К—напряжение; <р —
угол сдвига между напряжением и то-
ком; Ппр — к.п.д. преобразователя; Snp—
площадь мембраны преобразователя; р —
мощность преобразователя.
Зависимость между коэффициентом
дезактивации и удельной мощностью
преобразователя показана на рис. 3.12.
Подобная закономерность обнаружена при
дезактивации перхлорвиниловой пленки.
Максимальный коэффициент дезактива-
ции имеет место при удельной мощнос-
ти преобразователя 1,6 Вт/см2.
При дезактивации прорезиненной,
лавсановой и хлопчатобумажной тканей
наибольший коэффициент, равный
800—100, достигается при удельной
Рис. 3.12. Зависимость коэффициента
дезактивации от удельной мощности
преобразователя при загрязнении резины
144Се, 59Fe, ^Со
мощности преобразователя в интервале
1,3-1,7 Вт/см2.
При обработке тех же материалов на
аппарате для встряхивания коэффициент
дезактивации составляет всего 25—100.
Можно предположить, что коэффициент
дезактивации определяется нарушением
диффузного слоя на границе раздела твер-
дой и жидкой фаз, в результате чего уско-
ряется процесс растворения и переход
радиоактивных веществ в дезактивирую-
щий раствор. Граничный диффузный слой
разрушается в результате кавитации.
При увеличении удельной мощности
преобразователя свыше определенного
значения (рис. 3.12) возникает большое
количество кавитационных полостей и пу-
зырьков, которые отражают и рассеива-
ют звуковые волны. Увеличение удельной
мощности преобразователя в этих усло-
виях приводит к росту турбулентных по-
токов в жидкости, уносящих значитель-
ную часть пузырьков от мембраны и сни-
жающих отражающее действие экрана,
в результате чего коэффициент дезакти-
вации уменьшается.
Наибольшие коэффициенты дезакти-
вации могут быть достигнуты в резуль-
тате сочетания действий ультразвука
и свойств дезактивирующих растворов,
состав которых определяется особеннос-
тями радиоактивного загрязнения.
К параметрам, от которых может за-
висеть воздействие жидкой среды на про-
цесс дезактивации, относятся поверхно-
стное натяжение, плотность, вязкость
и давление пара жидкости. Эксперимента-
ми установлено, что поверхностное натя-
жение в пределах от 14,4 до 72,3 эрг/см2
и плотность жидкости мало влияют на
полноту удаления загрязнений. Вязкость
жидкости от 10“3 до 5 • 10~2 Па • с прак-
тически не влияет на коэффициент де-
зактивации, но при увеличении вязкос-
ти свыше 5 • 10~2 Па • с его значение рез-
ко возрастает. При росте давления пара
жидкости имеет место снижение коэф-
фициента дезактивации.
Радиоактивные загрязнения, удержи-
ваемые на поверхности в результате
адгезионного взаимодействия, удаляются
частично под действием акустического
течения и в основном в результате ка-
витации.
Процесс дезактивации в случае поверх-
ностного загрязнения включает диффу-
зию ионов раствора к загрязненной по-
верхности, ионный обмен, диффузию
ионов от поверхности в раствор. В обыч-
ных условиях диффузионные процессы
идут очень медленно, а в ультразвуко-
вом поле значительно интенсифициру-
ются, чем и объясняются ускорение про-
цесса дезактивации ультразвуком и по-
вышение эффективности обработки.
В случае глубинного загрязнения на
оксидных пленках или поверхностях,
покрытых продуктами коррозии, радио-
активные вещества в ультразвуковом поле
переводятся в раствор одновременно
с растворением оксидных пленок и уда-
лением их.
Кроме того, в ультразвуковом поле
происходят активация молекул жидкости
и инициирование некоторых окислитель-
но-восстановительных процессов. Окис-
лительно-восстановительные процессы
при дезактивации ультразвуком имеют
особенности: исключается стадия обра-
зования двуоксида марганца как проме-
жуточного продукта и образуется Мп2+,
что является одним из доказательств
активации ультразвуком окислительно-
восстановительных процессов.
Скорость восстановления Мп (VII) до
МпО2 и далее до Мп2+ в 1 н. H2SO4
возрастает с увеличением интенсивности
ультразвука. Этот процесс можно пред-
ставить в виде кинетического уравнения
<7[КМпО4]
dt
-kQ.
где Ло — коэффициент, не зависящий от
концентрации перманганата, а определя-
емый параметрами ультразвукового поля.
Можно предположить, что возбужден-
ные ультразвуковыми колебаниями ионы
ОН “ окисляются до радикалов ОН, вы-
зывая при этом восстановление МпО4
до Мп2+.
Эффективность УЗ-дезактивации за-
висит от состава моющего раствора. Для
улучшения очистки следует дегазировать
дезактивирующие растворы (предвари-
тельная обработка УЗ, кипячение). При
введении ПАВ значение Кл повышается
незаметно, но длительность дезактивации
резко сокращается; эффективность выше
при низкой интенсивности УЗ-поля
(до 1 Вт/см2). Сильное ценообразование
при наличии ПАВ затрудняет обработку
и приводит к рассеянию УЗ-колебаний.
Эффективность УЗ-дезактивации^ювы-
шается в присутствии электролитов. Ком-
плексообразующие вещества (ГМФ,
ЭДТА и др.) также ускоряют УЗ-дезак-
тивацию. При УЗ-травлении металлов
скорость очистки возрастает в 50—100 раз,
а концентрация кислоты может быть зна-
чительно ниже, чем при химическом трав-
лении.
Для УЗ-дезактивации используются
и окислительно-восстановительные рас-
творы (двухванный способ), причем вре-
мя обработки сокращается в 3—4 раза. По-
вышение эффективности химического
воздействия растворов и особенно раство-
ров окислителей объясняется тем, что
в УЗ-поле ускоряются реакции окисле-
ния. Воздействие УЗ-колебаний зависит
также от характера радиоактивного за-
грязнения: если радиоактивность сосре-
доточена на поверхности в рыхлых отло-
жениях, то применение УЗ-способа су-
щественно ускоряет очистку; если же
радиоактивные загрязнения находятся
в плотных химически стойких оксидных
пленках, воздействие УЗ-колебаний мало-
эффективно.
Эффективность дезактивации различ-
ных изделий с применением ультразвука
зависит от факторов, которые можно
условно разделить на две группы: пер-
вая определяется параметрами ультразву-
кового поля, а вторая — свойствами ма-
териалов, жидкой среды и особенностями
загрязнения.
В связи с тем, что отсутствуют теоре-
тические представления, позволяющие
Рис. 3.13. Коэффициент дезактивации
ультразвуком:
1 — прорезиненная ткань; 2 — ПХВ-пленка;
3 — молескин; 4 — резина
Рис. 3.14. Зависимость коэффициента
дезактивации металлических поверх-
ностей, загрязненных 228Ra, от времени
воздействия ультразвукового поля
обоснованно выбирать оптимальные па-
раметры ультразвукового поля, то время
воздействия ультразвука на жидкую сре-
ду и частоту, а также удельную мощность
преобразователя получают эксперимен-
тальным путем.
Эффективность дезактивации при по-
мощи ультразвука зависит от продолжи-
тельности обработки. Эта зависимость
при загрязнении различных поверхнос-
тей 144Се и дезактивации с использова-
нием преобразователя с удельной мощ-
ностью 1,6 Вт/см2 приведена на рис. 3.13.
Подобная закономерность получена в слу-
чае загрязнения такими изотопами, как
^Со и 59Fe, и с использованием преобразо-
вателя с удельной мощностью 1,8 Вт/см2.
Основная масса радиоактивного вещест-
ва удаляется в первые 60—90 с; обработка
в ультразвуковом поле в течение 3—5 мин
бесполезна, так как она не приводит
к дальнейшему повышению коэффици-
ента дезактивации.
Значения коэффициента дезактивации
металлических поверхностей в зависимо-
сти от продолжительности воздействия
ультразвукового поля приведены на
рис. 3.14. Основная масса радиоактивно-
го вещества удаляется в первые 10 с; при
обработке ультразвуком свыше 30 с ко-
эффициент практически не изменяется.
Для хлопчатобумажных изделий это вре-
мя увеличивается до 5 мин.
При выборе частоты ультразвуковых
колебании следует рассмотреть две про-
тиворечивые тенденции. С одной сторо-
ны, рост частоты колебаний должен при-
вести к повышению эффекта акустиче-
ского течения и звукового давления, а сле-
довательно, к увеличению коэффициента
дезактивации. Чем выше частота колеба-
ний, тем большей должна быть интен-
сивность звукового поля для возникно-
вения кавитации, которая также ускоряет
дезактивацию.
На практике с увеличением частоты
колебания, например с 800 до 3000 кГц,
коэффициент дезактивации практически
не изменяется (табл. 3.8), поскольку
уменьшается длительность фазы низкого
Таблица 3.8. Коэффициент дезактивации при частоте 800 и 3000 кГц
Частота колебании, кГц Цинк Свинец Никель Алюминий
800 5,6 1,7 7.7 5.6
3000 5,9 1,8 5,6 5,6
давления, в течение которой возникают
кавитационные пузырьки. Отсюда сле-
дует, что при высоких частотах для воз-
буждения кавитации требуется большая
интенсивность, т. е. большая удельная
мощность преобразователя. При частоте
20 кГц, например, удельная мощность
должна быть 1 Вт/см2, а при частоте
200 кГц — 10 Вт/см2.
Высокочастотные ультразвуковые ко-
лебания имеют и другие отрицательные
свойства. С ростом частоты ультразвука
ухудшается дезактивация предметов, осо-
бенно сложной конфигурации. Высоко-
частотные ультразвуковые колебания
поглощаются средой. Так, при частоте
22 кГц дезактивации подвергаются четыре
слоя ткани, при 30 кГц — три слоя, при
46 кГц — два, а при 450 кГц — только
один. С ростом частоты уменьшается к.пд.
преобразователя. При частоте 20 кГц
к.п.д. магнитострикционных преобразо-
вателей составляет 50—80 %, а при час-
тоте 200 кГц он падает до 20 %.
Таким образом, для дезактивации
предпочтение следует отдать низким
частотам. При низких частотах явление
экранирования проявляется редко. Низ-
кочастотные колебания, обладая больши-
ми длинами волн, лучше проникают
вглубь жидкости. Поэтому частоты по-
рядка 18—30 кГц могут быть рекомендо-
ваны для очистки поверхностей от ра-
диоактивных загрязнений.
Применение ультразвуковых колебаний,
частоты которых ниже этих значений, не
рекомендуется, так как для эффективной
дезактивации снижение частоты должно
быть компенсировано увеличением амп-
литуды колебания, что приводит к росту
размеров и массы ультразвуковых уста-
новок.
Оптимальная частота ультразвуковых
колебаний зависит также от состава
дезактивирующих растворов. Коэффици-
ент дезактивации нержавеющей стали
в 0,1 н растворе H2SO4 при частоте коле-
баний 30 кГц составляет 315, а углеро-
дистой стали при 22 кГц — даже 1000.
Приведенные данные подтверждают так-
же эффективность дезактивации с исполь-
зованием относительно низких ультра-
звуковых частот.
Итак, при использовании ультразву-
кового поля, имеющего оптимальную
частоту колебаний, достигается достаточно
полная дезактивация.
Как и для частоты колебаний, суще-
ствует оптимальное значение удельной
мощности преобразователя. При удель-
ной мощности преобразователя ниже
1 Вт/см2, когда имеет место докавитаци-
онный режим, коэффициенты дезакти-
вации такие же, какие могут быть полу-
чены при интенсивном перемешивании
дезактивирующего раствора. Применение
более высоких мощностей (5—10 Вт/см2)
приводит лишь к незначительному росту
Таблица 3.9. Коэффициент дезактивации
ультразвуком ПХВ-пластиката и резины
Состав раствора (10 г/л) кЛ
пхв Резина
ОП-10 8,3 4,3
ГМФН 100 3,1
Препарат «Новость» 20 3,5
ЭДТА 16.7 3,8
4%-яНС1 200 33,3
Контакт Петрова (300 г/л) 143 50
4 %-я НС1, ОП-7 и ГМФН 250 ПО
эффективности дезактивации, а исполь-
зование преобразователей мощностью
20 Вт/см2 ведет к неоправданным затра-
там энергии. Поэтому удельная мощность
преобразователя должна быть в пределах
1—5 Вт/см2. Оптимальное ее значение
устанавливается экспериментальным пу-
тем для конкретных систем.
При помощи ультразвука можно де-
зактивировать металлы и различные ма-
териалы. К таким материалам относятся
поливинилхлоридный пластикат и спе-
циальная резина. Коэффициенты дезак-
тивации ультразвуком образцов поливи-
нилхлоридного пластиката и резины
в водных растворах различных реагентов
после пятикратного цикла загрязнение —
дезактивация приведены в табл. 3.9. Вре-
мя обработки — 30 с, удельная мощность
преобразователя — 1,5 Вт/см2, частота —
19,6 кГц, расстояние от поверхности из-
лучателя до образца — 10 мм. Как следу-
ет из табл. 3.9, наиболее эффективны
растворы, в состав которых входит соля-
ная кислота.
Сравнить результаты дезактивации
с использованием ультразвука (время об-
работки 2—5 с) и погружением образцов
в те же растворы с последующим встря-
хиванием (время обработки 30 мин) мож-
но с помощью табл. 3.10.
При значительном сокращении време-
ни обработки (в сотни раз) коэффициент
дезактивации ультразвуком в 3—6 раз
выше, чем при обычной обработке с од-
новременным встряхиванием.
Коэффициент дезактивации резины
уменьшается в зависимости от загряз-
нения изотопами в последовательности
134Cs > И0Се > 90Sr > 106Ru > 95Zf (рези-
на, загрязненная изотопами, расположен-
ными левее, дезактивируется легче, чем
загрязненная изотопами, расположенны-
ми правее). Коэффициент дезактивации
в этой последовательности после пяти
Таблица 3.10. Зависимость коэффициента дезактивации ультразвуком и встряхиванием
от числа циклов загрязнение — дезактивация
Способ дезактивации Циклы загрязнения
1 2 3 4 5
Ультразвук 330 165 125 НО 100
Встряхивание 50 38 33 27 26
Таблица 3.11. Влияние количества слоев между преобразователем и обрабатываемой
поверхностью на коэффициент дезактивации (загрязнение ^Со)
Материал Кл при количестве слоев
1 3 5 пГ
ПХВ-пленка 1250 2000 1000 1000
Резина 500 500 500 500
Прорезиненная ткань 168 100 91 83
Лавсан 1420 250 67 50
Хлопчатобумажная ткань 200 77 28 25
циклов загрязнение — дезактивация
изменяется в пределах от 40 до 500.
Таким образом, как и для металличе-
ских поверхностей, ультразвук можно
успешно применять для дезактивации
ПХВ-пластиката и резины.
Получаемые коэффициенты дезакти-
вации сугубо специфичны, так как они
зависят от формы и размеров ультразву-
кового аппарата, наличия сеток и реше-
ток, других конструкционных узлов и де-
талей. В связи с этим изучалось влияние
на коэффициент дезактивации экрана
между обрабатываемой поверхностью
и преобразователем, причем с разным
числом слоев материала экрана. Экран из-
готовляли из того же материала, что
и загрязненные образцы (табл. 3.11).
За исключением экрана, изготовлен-
ного из резины, во всех других случаях
с увеличением количества слоев, состав-
ляющих материал экрана, коэффициент
дезактивации снижается: для ПХВ-пленки
и прорезиненной ткани примерно в 2 раза,
для хлопчатобумажной ткани — в 8 раз,
а лавсана — в 28 раз. В результате коэф-
фициент дезактивации в жидкой среде
становится примерно таким же, как и при
работе аппаратов для встряхивания. Дез-
активация под действием ультразвука
идет до тех пор, пока энергия колеба-
ний, проходящая через экран, достаточ-
на для возбуждения кавитации обраба-
тываемой поверхности.
Ультразвуковая дезактивация много-
слойной системы качественна в тех слу-
чаях, когда промежуточные слои пропус-
кают ультразвуковые колебания с мини-
мальными потерями. Это условие соблю-
дается при равенстве или незначительном
различии акустического сопротивления
слоев материалов и дезактивирующего
раствора, а сам экран имеет ровную по-
верхность, что характерно для большин-
ства полимерных материалов, из которых
изготовляются индивидуальные средства
защиты.
Качество дезактивации зависит от рас-
положения тканей относительно поверх-
ности преобразователя. Для дезактивации
по всей ширине ткани необходимо, что-
бы размеры ультразвукового преобразо-
вателя соответствовали ширине ткани,
а сам преобразователь был секционным.
Коэффициенты дезактивации ультра-
звуком зависят от свойств жидкой среды.
Прежде всего, для дезактивации в ультра-
звуковом поле применяют воду. Эффек-
тивность дезактивации в водной среде
сравнивали с воздействием моющего рас-
твора. При этом коэффициент дезакти-
вации некоторых тканей в ультразвуко-
вом поле частотой 40 кГц и мощностью
0,2 Вт/см2 при загрязнении изотопом 210Ро
изменялся незначительно. Так, коэф-
фициент дезактивации хлопчатобумажной
ткани в воде составлял 2,3, а в 2 %-м
растворе ПАВ — 3,9, шелковой в обоих
случаях — 1,9, а шерстяной — соответ-
ственно 1,4 и 1,7, т. е. при дезактивации
текстильных материалов в ультразвуко-
вом поле вода и раствор моющих средств
обеспечивают примерно один и тот же
коэффициент. Он относительно невелик,
что объясняется пониженной мощностью
преобразователя. При дезактивации пласт-
масс на основе полистирола, полиэтиле-
на, ацетата целлюлозы, поливинилхло-
рида в этих же условиях раствор мою-
щих средств также не дает преимуществ
по сравнению с водной средой.
В водных растворах моющих средств
может образовываться пена, которая спо-
собствует отражению и рассеиванию
ультразвуковых колебаний, а улучшение
смачивания водными растворами ПАВ за-
трудняет кавитацию. Поэтому водные рас-
творы моющих средств в ультразвуковом
поле не дают желаемых результатов по
повышению коэффициента дезактивации.
Если 1 %-е растворы таких моющих
средств, как ОП-10, «Новость» и других
в ультразвуковом поле не повышают ко-
эффициент дезактивации по сравнению
с чистой водой, то раствор контакта Петрова
резко улучшает полноту удаления радио-
активных веществ благодаря наличию
в его составе 2—7 % H2SO4, которая сни-
жает пенообразующую способность ра-
створа, что, в свою очередь, приводит
к росту коэффициента дезактивации. Для
повышения эффективности действия
моющих средств рекомендуется вводить
кислоты и щелочи.
Комплексообразующие вещества, та-
кие как ГМФН, ЭДТА, щавелевая и ли-
монная кислоты, повышают коэффициент
дезактивации ультразвуком. Несколько
худшие результаты дают цитраты натрия
и аммония. Кроме того, для ультразву-
ковой дезактивации могут применяться
растворы щелочей, кислот или солей
с окислительными реагентами. Так,
в ультразвуковом поле для дезактивации
стали и дюралюминия рекомендуют ра-
створы, в состав которых входят кисло-
ты (H2SO4, HNO3) и окислительные ре-
агенты (КМпО4, К2Сг2О7).
Коэффициент дезактивации при за-
грязнении свинцовых поверхностей про-
дуктами распада в ультразвуковом поле
в растворе некоторых солей, например
1 %-м KI, равен бесконечности, в водной
среде он составляет всего 10, а в 2 %-м
растворе ПАВ — 12,5. Подобная законо-
мерность наблюдается и для других ме-
таллов, а также полимерных материалов
(плексигласа, поливинилхлорида и т. д.).
Водные растворы кислот, подобно со-
лям, также повышают коэффициент дез-
активации ультразвуком. Например, ко-
эффициент дезактивации нержавеющей
стали ультразвуком (время воздействия
ультразвука 2 мин, удельная мощность пре-
образователя 3,7 Вт/см2, частота 80 кГц)
в 2 %-м растворе ПАВ равен 9, в 0,1 н.
HNO3 - 100, а в 0,1 н. H2SO4 - 445, т. е.
в этих условиях наиболее эффективен
0,1 н. раствор H2SO4.
Растворы кислот более эффективны при
дезактивации не только металлических
и полимерных материалов, но и хлопчато-
бумажных тканей. Коэффициент дезакти-
вации после воздействия ультразвукового
поля частотой 80 кГц, удельной мощнос-
тью 5,3 Вт/см2 в течение 5 мин в 2 %-м
ПАВ равен 2, в 0,1 н. HNO3 — 40 и в 0,1 н.
HSO4—47.
Итак, ультразвуковая дезактивация бо-
лее эффективна, если в качестве жидкой
среды применяют не воду и водные
растворы моющих средств, а растворы ще-
лочей, солей и особенно кислот.
С ростом температуры жидкой среды
уменьшается растворимость газа в воде,
увеличивается его давление и тем самым
понижается порог кавитации, что оказы-
вает благоприятное действие на эффек-
тивность дезактивации. В то же время
для захлопывания пузырьков вследствие
увеличения давления пара требуется боль-
шая энергия ультразвукового поля, что
нежелательно. В связи с этим существу-
ет оптимальная температура жидкой дез-
активирующей среды.
Для изучения влияния температуры
среды на эффективность процесса были
проведены исследования по дезактивации
ультразвуком ПХВ-пленки и резины,
загрязненных 60Со и 144Се. В качестве
дезактивирующих растворов применяли
0,2 %-й щавелевокислый раствор, 0,6 %-й
ГМФН и 1 %-й контакт Петрова. Полу-
ченные значения коэффициента дезак-
тивации аналогичны значениям для ре-
зины и в случае загрязнения 60Со. При
этом оптимальный коэффициент дез-
активации достигается при температуре
раствора 60 °C.
Эффективность ультразвуковой дезак-
тивации, как и в других случаях, в зна-
чительной мере зависит от свойств мате-
риалов, которые подвергаются обработке.
Ультразвук используют для дезактивации
следующих поверхностей: дюралюминия
и стали марки ст. 3, загрязненных 60Со;
алюминия, латуни, монеля, загрязненных
226Ra, 170Tm и 60Со; никеля, загрязнен-
ного 14С; стекла, загрязненного 32Р; стек-
ла, плексигласа, алюминия, железа, свин-
ца, кожи, полимерных материалов, заг-
рязненных 1311 и 32Р; стали, загрязнен-
ной продуктами деления; нержавеющей
стали, монеля, инконеля, загрязненных
оксидами, фторидами и оксифторидами
урана. Этот далеко не полный перечень
дезактивируемых материалов свидетельству-
ет о широком применении ультразвуко-
вого способа дезактивации.
Условия загрязнения и состав дезак-
тивирующего раствора в каждом случае
различны. Можно считать, что коэффи-
циент дезактивации с использованием
ультразвукового поля должен лежать
в пределах 20—200; исходя из этих зна-
чений и разрабатывают режимы дезакти-
вации (время озвучивания, параметры
ультразвукового поля и т. д.).
Влияние на коэффициент дезактива-
ции свойств обрабатываемой поверхнос-
ти можно проиллюстрировать следующим
примером. Коэффициент дезактивации
в воде для различных материалов при одних
и тех же условиях обработки (в частности,
частота колебаний 800 кГц) имеет следу-
ющие значения: для стекла — оо , плекси-
гласа — 25, алюминия и резины — 20, поли-
винилхлорида — 14,3, хлопчатобумажной
Таблица 3.12. Коэффициент дезактивации
нержавеющей стали различными способами
и время обработки
Способ дезактивации Макси- мальный Кл Время, мин
Ультразвуком ос 2-3
Ручная обработка 10 60-90
Окунание в емкость с перемешиванием 3,3 10-15
Струей воды 6.6 10-20
ткани — 12,5, цинка — 10,0, никеля — 9,2,
нейлона — 3,6, стальной поверхности — 2,5,
сукна — 2,3, меди — 2,0, шерсти — 1,9,
олова — 1,8, латуни — 1,6.
Применение ультразвукового способа
дезактивации неизбежно связано с созда-
нием специальных установок, что требу-
ет материальных затрат. Ультразвуковая
дезактивация целесообразна при условии,
что эти материальные затраты компен-
сируются повышенной эффективностью
и интенсивностью дезактивации по срав-
нению с обычными способами. При этом
следует учитывать не только значения
коэффициента дезактивации, но и время
обработки, расход дезактивирующих рас-
творов и т. д.
Обычно эффективность ультразвуко-
вой дезактивации сравнивают с эффек-
тивностью дезактивации обычными спо-
собами для решения вопроса о целесооб-
разности применения первого способа.
Такое сравнение было сделано при дез-
активации в водной среде металлических
поверхностей, загрязненных 1311. Пара-
метры ультразвукового поля: частота 800
и 3000 кГц, мощность преобразователя
1,5 Вт/см2. Коэффициент дезактивации
цинка без воздействия ультразвукового
поля оказался равным 1,3, с ультразву-
ковым полехМ — 10,5; для свинца эти зна-
чения соответственно составили 1,2
и 5,2, т. е. коэффициент дезактивации
ультразвуком в 5—10 раз выше. Однако
в этих условиях максимальное значение
коэффициента дезактивации не столь
значительно и не гарантирует надежной
обработки. Большой коэффициент дезак-
тивации получен при замене воды ра-
створами кислот. В этих условиях без
воздействия ультразвукового поля коэф-
фициент дезактивации в 2—3 раза ниже,
чем при его использовании.
Практика показывает, что в подавля-
ющем большинстве случаев дезактивация
в ультразвуковом поле с использованием
воды и водных растворов более эффек-
тивна, чем при применении обычных
способов. Кроме того, ультразвуковая
дезактивация наряду с более высокой
эффективностью требует меньшего вре-
мени (табл. 3.12).
Преимущество ультразвуковой дезак-
тивации проявляется при обработке де-
талей, подвергшихся загрязнению радио-
активными изотопами в смеси с различ-
ными смазочными средствами. Если ко-
эффициент дезактивации в бензине
составляет 3, а время обработки 10 мин,
то при наложении ультразвукового поля
в этой среде коэффициент дезактивации
увеличивается до 200, а время сокраща-
ется до 2 мин. Продолжительность дез-
активации дисков, изготовленных из
алюминия, латуни и монеля, а также мало-
габаритных предметов с помощью ультра-
звука уменьшается в 15 раз по сравнению
с дезактивацией химическими способами.
Для достижения коэффициента дезак-
тивации, равного 200, затраты времени
при дезактивации стали марки Ст.3, за-
грязненной ^Со, составляет в ультразвуко-
вом поле 2 мин, а при помощи химиче-
ского способа — 13...20. Если загрязнение
длилось 4 ч, то время ультразвуковой дез-
активации увеличивается до 5 мин, а при
помощи химического способа — до 2,5 ч.
Для алюминиевых, бронзовых и мо-
нелевых поверхностей, загрязненных
226Ra, 170Тти60Со, коэффициент дезак-
тивации при обработке ультразвуком со-
ставляет 200.
Таким образом, ультразвуковая дезак-
тивация сокращает время обработки и по-
вышает эффективность удаления радио-
активных веществ. Кроме того, при ис-
пользовании ультразвука сокращается
расход воды на проведение дезактивации
примерно в 5 раз, а также уменьшается
расход различных реагентов, добавляе-
мых в дезактивирующее растворы.
3.6. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ГЕЛЯМИ
Одним из перспективных наиболее раз-
виваемых на сегодня способов является
дезактивация гелями благодаря их способ-
ности удерживать химические реагенты на
обрабатываемых поверхностях, уменьшая
при этом количество сопутствующих жид-
ких отходов. Гели, имея более высокую
вязкость, чем обычные растворы химиче-
ских реагентов, медленнее стекают с поверх-
ности и потому обеспечивают более дли-
тельный контакт на единицу объема геля.
Эта технология впервые была применена
в начале 1980-х годов и в дальнейшем осу-
ществлялось ее совершенствование.
Способ эффективен для дезактивации
поверхностей различного типа (верти-
кальных, горизонтальных, цилиндриче-
ских), что обусловлено тиксотропными
свойствами гелей. Гели легко распыля-
ются. При стабилизации они переходят
в твердое состояние с хорошей адгезией
к очищаемым поверхностям. Другая важ-
ная особенность — небольшой расход геля
(приблизительно 1 кг на 1 м2 обрабаты-
ваемой поверхности). Для дезактивации
достаточно нескольких часов обработки
(обычно менее 6 ч), при этом растворение
основного материала составляет 1—2 мкм
за одну операцию. Способ также приго-
ден для дезактивации сложных устройств,
таких как клапаны, теплообменники
и перчаточные боксы.
Преимуществами способа являются
возможность контролирования степени
коррозии и безвредность применяемых
материалов. В гелях скорость диффузии
продуктов коррозии довольно высока.
Скорость коррозии зависит от концент-
раций окислителя и кислоты, которые
можно выбрать так, чтобы за определен-
ное время контакта удалить основное ко-
личество продуктов коррозии. Можно
оценить толщину удаляемого поверхно-
стного слоя или количество геля, требу-
емого для любого типа загрязнения и лю-
бого типа материала.
Обычно в качестве растворителя ис-
пользуется раствор, вызывающий кор-
розию, поскольку он содержит сильный
окислитель — соль Се (IV), Ag (II) или
Со (III), — стабилизированный в кон-
центрированной кислоте (азотной или
серной). Для получения геля использу-
ется носитель, в частности плавленый
диоксид кремния. Содержание носителя
менее 5 %, поэтому гель хорошо рас-
творим в воде, может легко смываться
струей воды низкого давления. В гель
добавляется связующее органическое со-
единение (обычно 1—4 % массы): по-
верхностно-активное вещество, раство-
римый в воде полимер или сочетание их
обоих. Чем меньше количество диокси-
да кремния, тем выше концентрация
органического полимера. Кроме того,
разработаны щелочные или восстанови-
тельные гели, которые пригодны для
обезжиривания компонентов оборудова-
ния АЭС.
В настоящее время наибольшее при-
менение нашли два типа водораствори-
мых вязких агентов (предпочтение отда-
ется неорганическим):
1. Органические гелеобразующие аген-
ты, к которым относятся гидроксиэтил-
целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза,
полисахариды и глицероэфиры.
2. Минеральные соединения, такие как
кремнезем и глинозем.
На основе органических, неоргани-
ческих и усовершенствованных мине-
рально-органических полимеров были
получены новые виды гелей, которые
можно наносить на обрабатываемую по-
верхность с помощью щеток и пульвери-
заторов, а на завершающей стадии уда-
лять либо механически, либо растворе-
нием образующихся твердых отходов
с последующей продувкой промывочной
водой, высушиванием порошком или
вакуумной чисткой.
К недостаткам можно отнести малую
универсальность способа для различных
конфигураций обрабатываемых изделий,
малое количество типов гелей для различ-
ного по материальному составу оборудо-
вания, их ограниченный срок действия.
Они теряют свои тиксотропные свойства
(не могут больше прилипать к вертикаль-
ной поверхности) в течение нескольких
дней или месяцев в зависимости от со-
става. Именно от органического связую-
щего соединения зависит срок примене-
ния гелей. В присутствии сильного окис-
лителя поверхностно-активные вещества
или полимеры со временем более или
менее быстро разрушаются и хорошая
вязкость гелей утрачивается.
В 1986—1990 гг. для ликвидации ава-
рии на Чернобыльской АЭС применялась
гелеобразная дезактивирующая рецептура,
разработанная в Германии, с помощью
которой дезактивировались разные окра-
шенные поверхности со слабофиксиро-
ванными загрязнениями и неокрашенные
металлические поверхности с прочнофик-
сированными загрязнениями. Метод был
опробован в 1997—1998 гг. в нескольких
странах: во Франции — при дезактива-
ции бассейнов для топлива или бассей-
нов хранения отработавшего ядерного
топлива (ОЯТ) на нескольких АЭС, а так-
же резервуаров и перчаточных боксов на
заводе по переработке ОЯТ фирмы
«Cogema»; на АЭС Японии — для обра-
ботки помещения пульта управления (по-
толок, пол и стены) и помещений, обли-
цованных нержавеющей сталью 304L;
в Национальном институте радиоактив-
ных элементов в Бельгии.
Во Франции в 1998 г. разработан и за-
патентован гель STMI для дезактивации
с получением лицензии на его примене-
ние. Этот гель можно наносить непосред-
ственно на компоненты оборудования
АЭС и различные материалы, включая
нержавеющие стали, сплавы и окрашен-
ные поверхности. После нескольких часов
обработки гель смывается струей воды
под давлением. Коэффициенты дезакти-
вации могут достигать 2000. Дозы облу-
чения и образование отходов минимизи-
рованы.
Результаты дезактивации некоторых
компонентов оборудования на АЭС ком-
пании «EdF» (Франция), изготовленных из
нержавеющей стали 316L, с использова-
нием геля STMI показывают, что KR из-
меняется от 2 до 1900 и более в зависимо-
сти от начального уровня загрязнения и
сложности обрабатываемой конструкции.
Наилучшие результаты получены на про-
стых конструкциях с начальным загрязне-
нием более 1500 Бк/м2, которое после трех-
кратного применения геля в течение 6 ч
снизилось до 0,8 Бк/м2, при этом суммар-
ный составил 1900.
В 2004 г. фирма «Fluor Hanford, Inc.»
(США) провела в Ханфорде демонстра-
ционные испытания технологии дезак-
тивации с использованием геля STMI.
Разработано устройство для его распы-
ления. После обработки поверхности гель
превращается в порошок, который может
быть собран с обрабатываемой поверх-
ности под вакуумом. Применение этой
технологии позволяет свести к миниму-
му облучение персонала и обеспечивает
существенную экономию затрат по срав-
нению с другими методами.
Фирмой «RWE Nukem» для дезакти-
вации внутренних частей здания А59
и оборудования в нем (стеллажи и ка-
меры) на производственном участке
в Уинфрите был применен гель STD 3.
Из 8000 т материалов от демонтажа зда-
ния благодаря данной технологии было
дезактивировано 7600 т.
3.7. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ПЕНАМИ
Одной из малоотходных технологий
дезактивации радиационно-загрязненного
оборудования и производственнь!Х пло-
щадей является пенная технология с ис-
пользованием специальных высокопен-
ных дезактивирующих средств и пеноге-
нераторов.
Использование технологии пенной
дезактивации технологического оборудо-
вания и производственных помещений
позволяет минимизировать количество
вторичных ЖРО, создавать достаточные
объемы дезактивирующей среды в слу-
чае дезактивации значительных поверх-
ностей и крупногабаритного емкостного
оборудования, эффективно обрабатывать
труднодоступные участки.
Дезактивация загрязненной поверхнос-
ти обеспечивается комплексным физико-
химическим воздействием пены. Раство-
рителем служит вода; в состав рецептуры
обычно входят дезактивирующий реагент,
пенообразователь, стабилизатор пены,
комплексообразователи, которые предот-
вращают обратную сорбцию радионукли-
дов на поверхность, и различные добав-
ки, увеличивающие адгезию к поверхно-
сти, регулирующие вязкость и др.
Дезактивирующие химические реагенты
(кислоты или щелочи) и хелатирующие
агенты при использовании пен действуют
так же, как и при использовании гелей.
Пены удерживают дезактивирующие аген-
ты в нестабильной коллоидной среде, в усло-
виях жидкостно-газовой дисперсии и микро-
дисперсии. Будучи нестабильными, пены
со временем распадаются, высвобождая
поток дезактивирующих агентов в виде
жидкого раствора на поверхности объекта.
4 5 6 7 8 9 10 11
12
Рис. 3.15. Пеногенератор с подставкой:
1 — ниппель для сжатого воздуха;
2 — вентиль; 3 — манометр; 4 — жиклер
подачи воздуха; 5 — фиксатор; 6 — жиклер
подачи раствора; 7 — регулирующий
вентиль; 8 — сопло; 9 — камера смешивания;
/0 — ручка; 11 — сетка; 12 — диффузор;
13 — штанга; 14 — фиксатор; 75 — основание
Пены производятся в генераторе пены,
который смешивает дезактивирующие ре-
агенты с ПАВ и сжатым воздухом или
другим подходящим газом (рис. 3.15).
Пена за счет своей кинетической энергии
дробит пленки загрязнений, отрывает ча-
стицы от поверхности. Жидкость из пены
при ее частичном разрушении смачивает
поверхность, толщина слоя жидкости до-
стигает 3 мкм. При выборе соответству-
ющего состава раствора можно добиться
удаления не только адгезионных частиц,
но и прочнофиксированных радио-
активных загрязнений. Моющий эффект
возрастает благодаря механическому дей-
ствию разрушения и слияния пузырьков.
Эффект всасывания загрязнений в пену
усиливается при ее механическом пере-
мешивании (растирании щетками, барбо-
тировании).
Для стабилизации пены и улучшения
удерживания радиоактивных загрязнений
в пену вводят стабилизаторы и водоумяг-
чающие средства: карбоксиметилцеллю-
лозу, производные крахмала, фосфаты.
Эффективность дезактивации возрастает
при повышении температуры пены, что
достигается подачей теплого воздуха на
ее образование.
Для разрушения пены применяют
струи воды, обдув воздухом или меха-
нические и физические способы. Можно
также подобрать композиции, образую-
щие пену при нагревании с разрушени-
ем при охлаждении.
Пенной дезактивацией можно эффек-
тивно очистить металлические стены
и части оборудования. С увеличением
времени пребывания в системе пена эф-
фективнее взаимодействует с дезактиви-
рующим веществом. ПАВ в составе пен-
ного средства при увеличении контакта
с поверхностью повышают эффектив-
ность дезактивации.
Таблица 3.13. Средства для пенной дезактивации, разработанные и производимые
российским предприятием «Химмед»
Наименование Форма выпуска Назначение Кя
Раддез-П Спрей-баллон Дезактивация локальных поверхностей 840
Раддез-Д Спрей-баллон Дезактивация кожных покровов 220
Раддез-П 1 Пеногенератор Дезактивация макроповерхностей, извлечение радионуклидов из грунта 800
Раддез-П2 Спрей-баллон Дезактивация локальных поверхностей 1450
Пеногенератор Дезактивация макроповерхностей, извлечение радионуклидов из грунта 1400
Раддез-Э Спрей-баллон Дезактивация приборов, электрической и электронной техники 800
Преимущества способа заключаются
в его эффективности для больших кон-
струкций сложных форм. К недостат-
кам относятся сложность в достижении
высокого Ад при одноразовом исполь-
зовании и невозможность применения
на поверхностях при наличии глубоких
трещин.
Опыт применения пенной дезактива-
ции показал снижение отходов до 70 %,
что является более высоким показателем
< по сравнению с другими способами хи-
мической дезактивации.
Пеной растворов HNO3 и Н2С2О4 эф-
фективно удаляются радиоактивные за-
грязнения из трубопроводов. Коэффици-
ент Ад при обработке пеной растворов
HNO3 выше, чем при погружной дезак-
тивации в растворах HNO3: при пенном
способе Ад может достигать 100.
Некоторыми предприятиями выпуска-
ются специальные дезактивационные
спреи и пены для проведения дезактива-
ции различного назначения (табл. 3.13).
Пенная дезактивация имеет некоторые
недостатки: высокое содержание ПАВ мо-
жет вызвать затруднения при переработ-
ке жидких отходов; большинство приме-
няемых пенообразователей взаимодей-
ствуют с КМпО4, что не позволяет ис-
пользовать двухванный способ. Однако
предложены неионогенные ПАВ на ос-
нове продукта конденсации формальде-
гида и фенола, совместимые с окислите-
лями и позволяющие проводить обработ-
ку пеной растворов КМпО4.
Процесс образования пен различной
степени кратности, т. е. с различным от-
ношением объема пены к объему раство-
ра, может осуществляться с применени-
ем следующих технических устройств:
аппаратов барботажного типа, например
аппаратов Иванова (пена низкой кратнос-
ти — менее 30), автоцистерн, например
Таблица 3.14. Технические характерис-
тики генераторов иены
Марка Производи тельное 1Ъ по пенс, дмэ' с 1 Расход 4-6 %-го рас I вора hi па 110-1, дм’- с 1 Кра гноен»
ГПС-200 200 1.6-2 100 ±30
ГПС-600 600 4.8-6 100 ± 30
ГП-3 2000 8-10 600 ± 400
ГП-ЗМ 10 000 40-50 600 ± 400
Примечание. Производительность укатана
при максимальном расходе раствора пено-
образователя. давлении перед распылителем
0.4-0.6МПа.
АЦ-40 (131) модели 137 с пеногенерато-
рами ГП С-200 (600) (пена средней крат-
ности — от 30 до 200), автоцистерн
с промышленными генераторами пены
ГП-3, ГП-ЗМ (пена высокой кратности —
более 200). В табл. 3.14 приводятся
основные технические характеристики ге-
нераторов пены.
Пены наносятся с применением трех
технологий: распыления, разбрызгивания,
заполнения (табл. 3.15).
3.8. ПАРОЭМУЛЬСИСИОННЫЙ
СПОСОБ
Пароэмульсионный способ заключа-
ется в подаче горячего дезактивирующего
раствора в виде эмульсии с помощью
насыщенного пара под давлением, однако
может осущестатяться и без дезактиви-
рующего раствора в «сухом» и «мокром»
вариантах. В «сухом» используется пере-
гретый пар, температура которого зна-
чительно превышает 100’ С. Он не кон-
денсируется на относительно холодной
поверхности. Его струя действует анало-
гично газовой с той лишь разницей, что
Таблица 3.15. Достоинства и недостатки пен в зависимости от технологии нанесения
Способ нанесения пены Достоинства Недостатки
Распы- ление Широкий спектр применения Опасность вредного во действия реагентов на персонал. Нс может применяться для закрытых объемов (например, сосудов). Образование аэрозолей. Проблемы при последующем захоронении отходов
Раз- брызги- вание Запол- нение пеной Минимизация риска дзя оператора. Позволяет проводить дезактивацию крупных или высоких объектов. Рециркуляция пснообразуюшнх агентов Дсзакгивация закрыгых объемов Образование аэрозолей. Проблемы при последующем захоронении отходов. Возможность взаимозагрязнсния. Необходимость фильтрации Проблемы при последующем захоронении отходов. Возможность взаимозагрязнсния. Необходимость фильтрации
Табита 3. К). Де ^активирующие pencilivpu ;ibi пароэмульсПонного способа
( >М I.VK 1 IV I.IK I HHJIIHII < ыь p.u iiiop.i Tv/KHM IV и» КНИГА ЦИН I Л.1 । —
1 paiicnopiiibic кон1сйнеры | 5 ’’<111 (. (): или S ° о NaOI 1 f - 2.5 "»NaOII < 1 ’’оКМЮ) ; йо ( .7.5 Ml la. расход i pact вора 1.2 i/м 1 50 3(Х>
Камеры i 1 Ml la 70 С. расход j раствора до 40 л/мин 2-5
!• мкости для 10 % IINO, + 0.5 % Н.0-0, »• [ 70 С. 0.3 0.6 МПа; ?<Ю
хранения ЖРО I 1 0.1 '*<>с>лы|юно.1а | расход рас । вора
P.I ппчиос О Н- 0.35%11,-СЧ).. 0.0S ОГ1-7. i 90 ( ОТ 0.6 МПа. 10 НХ)
обо р\ до на и нс 1 0.05 % гексамста<|юсф:1га нагрня 1 расход раствора 1.2 л/м
паровая струя обладает большей кинети-
ческой энергией и начальной скоростью,
а следовательно, и более высокой э(|>фек-
тпвностью. В «мокром» варианте после
контакта пара с поверхностью происхо-
дит частичная или полная его конденса-
ция. образуется жидкая пленка, которая
перемешается под действием струи и вы-
полняет главным образом транспортиру-
ющие функции по отношению к радио-
; । ктт шны м за гря зн ен и я м.
При применении эмульсии струя пара,
содержащая раствор. направляется на дез-
активируемую поверхность. Температура
раствора при соприкосновении с поверх-
ностью снижается до 50—SO ’С. Дезакти-
вация достигается в результате гидроди-
намического действия паро >мульсионной
cipvn и химического воздсйс1вия посто-
янно ПИНОК 1ЯЮШС1ОСЯ слоя |орччсго коп-
1енсаш. обра гутощегоея на поверхности.
)ффсктивпость 11ароэму.ibciiohi 101 о спо-
соба зависит от исходит о состояния дез-
лк нитруемой поверхности, типа ыгрязнс-
нпп 1кор|ю чюнное. механическое и т. н ).
сосыва и температуры дезактивирующе-
го раствора, интенсивности его обновле-
ния. параметров механического воздей-
ствия пароэмульсионной струи. Паро-
эмульсионным способом удаляют слабо-
и прочнофиксированные загрязнения,
рыхлые отложения и оксидные пленки
ме типов.
Степень механического воздействия
зависит от равномерности распределения
по факелу и дисперсности капель наро-
растворимой смеси, давления пара, рас-
стояния от поверхности и угла наклона
струн к поверхности. Ударная сила струи
представляет собой функцию массы ра-
створа, поэтому расход раствора в боль-
шей мере влияет на дезактивацию, чем
давление пара. Оптимальный расход рас-
iBopa составляет 1,2 л/м2, давление пара
на входе - 0.4 МПа.
Наиболее применяемые растворы
представлены в табл. 3.16. Для дезакти-
вации углеродистой стали и удаления
с нес оксидных отложений используют
лвучванный способ. При дезактивации
нержавеющей стали применяют двухван-
ный способ с использованием кислого
восстановительного раствора (HNO3,
Н2С2О4), содержащего 0,2 % NaF.
Пароэмульсионный способ универса-
лен, высокоэффективен и высокопроиз-
водителен, при его использовании сокра-
щается объем ЖРО. Недостатком его яв-
ляется возможность распространения ра-
диоактивных аэрозолей. Рекомендуется
для дезактивации поверхностей помеще-
ний и оборудования АЭС, пола и стен
центрального зала, поверхностей баков,
емкостей, бассейнов.
Для очистки внутренних поверхнос-
тей аппаратов, контейнеров, бассейнов и
других больших емкостей целесообразно
использовать насыщенный пар, активи-
рованный химическими реагентами, на-
пример азотной или органическими кис-
лотами. Дезактивация осуществляется при
химическом воздействии тонкой пленки
стекающего конденсата. Этот способ по-
зволяет резко сократить объем ЖРО, но
эффективность его невысока.
Эффективность дезактивации может
быть существенно повышена при исполь-
зовании перегретого пара. Насыщенный
пар (0,3—1 МПа) перегревают до 200—
500 °C и впрыскивают в него дезактиви-
рующий раствор. Количество раствора
должно быть таково, чтобы он полностью
перешел в паровую фазу. Парогазовая
смесь с температурой 150—250 °C посту-
пает в замкнутый объем и конденсирует-
ся на поверхностях. Если поддерживать
избыточное давление в дезактивируемой
ефсости, конденсация будет происходить
при температуре выше 100 ЭС и процесс
интенсифицируется. Эффективность дез-
активации сравнима с эффективностью
погружного способа, но количество вто-
ричных ЖРО снижается в 20—30 раз. При
дезактивации искусственно загрязненных
образцов из нержавеющей стали 0,5 %-м
раствором Н2С2О4 и раствором, содержа-
щим HNO3 (5 %) и NaF (0,2—4 %), полу-
чены близкие значения При дезакти-
вации первым раствором при погружном
способе Ад = 7,6^13, при использовании
перегретого пара Кл = 6,5-Н5; при дезак-
тивации вторым раствором = 98-Н8О
и Ад = 12^-280 соответственно.
Наиболее часто пароэмульсионный спо-
соб реализуется с помощью пароэжекци-
онного распылителя (рис. 3.16), предназ-
наченного для дезактивации поверхностей
технологического оборудования и произ-
водственных помещений от радиоактивных
загрязнений струей, образующейся при
смешении пара и десорбирующего раствора.
Дезактивация при этом осуществляется за
счет химического действия десорбирующего
раствора, равномерно наносимого на по-
верхность при температуре не ниже 50 °C,
и за счет гидродинамического воздействия
пароэмульсионной струи.
Устройство может использоваться
в любых помещениях, где имеется паро-
вая магистраль с давлением (3^5) • 105 Па.
Дезактивирующие растворы подаются от
специальных узлов приготовления раст-
воров по стационарным магистралям или
от переносных емкостей.
Насадка пароэжекционного распылите-
ля бывает односопловой (для обработки
небольших или труднодоступных поверх-
ностей) и многосопловой (для обработки
больших ровных поверхностей). Вместо
пара можно применять воздух, однако
эффективность в этом случае снижается.
Пароэмульсионное устройство состо-
ит из следующих уалов и деталей: дер-
жателя в сборе с запорными кранами,
кожухом и штуцерами под рукава; одно-
или трехсопловой насадки; расходной
шайбы с диаметром проходного сечения
1,3 или 1,5 мм; паропроводного рукава;
кислотощелочестойкого рукава; арматуры
для крепления рукавов; открытой пере-
носной емкости. Трубки, краны и штуце-
ра закрыты перфорированным кожухом,
что создает удобство в работе и защищает
обслуживающий персонал от ожогов. По
шкале, имеющейся на кожухе, можно ре-
гулировать положение крана и устанав-
ливать расход, равный 1, 2, 3 л/мин. В со-
став эжекционной насадки входят корпус
с диффузором и вкладыш с соплом.
Принцип действия заключается в сле-
дующем. Насыщенный пар по трубке
подается в эжекционную насадку; исте-
кая из сопла со сверхкритической скоро-
стью, паровая струя увлекает за собой
воздух из приемной камеры и создает в
ней разрежение, благодаря которому туда
может поступать раствор из любой от-
крытой емкости. Далее раствор увлекает-
ся струей пара в камеру смешения, где
происходит интенсивный теплообмен
и образуется пароэмульсионная смесь, ко-
торая затем выходит из диффузора в виде
расходящегося сплошного факела. Ско-
рость обработки поверхностей достигает
4 м2/мин при расходе дезактивирующих
растворов 1 л/м2. Оптимальное рабочее
расстояние от среза сопла до обрабаты-
ваемой поверхности составляет 0,2 м, тем-
пература на поверхности при этом под-
держивается на уровне 50 ЭС.
Достоинства — высокая универсаль-
ность, в зависимости от поверхности и ти-
па радиоактивных загрязнений высокие
коэффициенты дезактивации, относительно
малое количество отходов.
Рис. 3.16. Пароэжекпионный распылитель:
1 — держатель; 2 — запорный кран; 3 — кожух;
4 — штуцера; 5 — односопловая насадка;
6 - трехсопловая насадка; 7 — расходная шайба;
8 — паропроводный рукав; 9 — кислотощелоче-
стойкий рукав; 10 — арматура для крепления
рукавов; 11 — дополнительный кожух; 12 — корпус;
13 — вкладыш; 14 — сопло; 15 — диффузор;
16 — прижимная камера; 17 — камера смешения
Недостатки — необходимость обору-
дования мест дезактивации боксами с соб-
ственной вентиляцией, опасность вред-
ного воздействия реагентов на персонал,
образование аэрозолей, низкие коэффи-
циенты дезактивации малодоступных для
рабочих насадок поверхностей.
3.9. ТРАВЛЕНИЕ РЕАГЕНТАМИ
Существуют две разновидности данно-
го способа: 1) непосредственное траатение
поверхности химическими реагентами;
2) дезактивация травильными пастами.
Непосредственное травление. Способ
основан на нанесении высококонцентри-
рованных реагентов на обрабатываемую
поверхность, где в результате возникаю-
щих химических и местных электрохи-
мических процессов происходит раство-
рение металла. Шероховатость поверхно-
сти уменьшается или совсем устраняется,
при этом обработанная поверхность при-
обретает блеск. Все процессы травления
сопровождаются бурным выделением га-
зов и паров кислот или щелочей (рис. 3.17).
В процессе травления раствор реко-
мендуется перемешивать для устранения
скопления пузырьков газов на отдель-
ных участках деталей, так как пузырьки
газов понижают качество травления.
В табл. 3.17 приведены наиболее распро-
страненные рецептуры для непосред-
ственного травления.
Достоинствами способа являются вы-
сокий коэффициент дезактивации, малое
Рис. 3 17. J рамснпс повсрхпос । и
/ металл ; 2 рас тор < 4 п ни
количество вторичных РАО, малое вре-
мя дезактивации. Недостатки — большие
дозовые затраты, высокая стоимость дез-
активационных работ, большая возмож-
ность вывода оборудования из строя, не-
обходимость соблюдения повышенных
мер безопасности. В настоящее время
непосредственное травление практичес-
ки не используется.
Другим способом травления, не на-
шедшим широкого применения, являет-
ся травление поверхности расплавленны-
ми солями. Смеси расплавленных солей
(NaCl / КС1 / А1С13; NaOH / КОН / Na2O2;
NH4H2PO4 и др.) обеспечивают эффек-
тивную дезактивацию и удаление плотных
оксидных пленок в результате химиче-
ского воздействия компонентов расплава,
при этом ЖРО отсутствуют. Применение
расплавов лимитируется коррозионным
и термическим воздействиями расплав-
ленных солей. Этот способ используют
только для дезактивации металлических
поверхностей. Наиболее удобны и эффек-
тивны расплавы фосфатов NH4H2PO4,
КН2РО4 и их смеси. Температура нано-
симого расплава составляет примерно
280 °C, время контакта — 15—45 мин. Зна-
чение К стали, загрязненной 60Со, 106Ru,
144Се, при использовании хлоридных рас-
плавов равно 25... 160, щелочных распла-
вов — 15. .40, фосфатных расплавов —
43...250 и смеси фосфатов — 140... 1000.
Травление пастами. Пасты, содержа-
щие в своём составе травильные реаген-
ты (НС1, HF), ингибиторы коррозии,
наполнители и загустители, применяю!
для дезактивации бетона, металла, поли-
мерных покрытий. Паста может Находить-
ся в контакте с поверхностью длитель-
ное время (1— 3 ч).
Таблица 3.17. Дезактивирующие рецептуры для травления поверхности химическими
реагентами
Материал Рецептура для травления Режим работы
Рабочая температура, °C Выдержка, мин
Углеродистая сталь а) 15-25 % ортофосфорной кислоты. 2-4 % азотной кислоты. 2-5 % соляной кислоты. 81-60 % воды б) 2.5 % щавелевой кислоты, 1.3 % пергидроли. 0.001 % серной кислоты 80 20 1-10 30-60
Нержавеющая сталь 10 % азотной кислоты, 25 % соляной кислоты, 75 % серной кислоты. 6 г/л хлористого натрия 65-70 5-30
Алюминий и его сплавы 10 % ортофосфорной кислоты. 50 % серной кислоты. 40 % азотной кислоты. 2.5 г/л мочевины 1(Х>-110 0.25-0.33 (15-20 с)
Алюминиево- магниевый сплав 40 % ортофосфорной кислоты. 40 % серной кислоты (аккумуляторной). 20 % азотной кислоты
Медь и ее сплавы а) до 100 % серной кислоты. 2% азотной кислоты. 1 % соляной кислоты. 20 % пергидроли. 2-4 % хромового ангидрида б) 49 % серной кислоты. 49 % азотной кислоты. 2 0 о нитрита натрия 20-40 30-40 1-2 1-3
Никель (химическое ' полирование) 45 4)0 % ортофосфорной кислоты. 15—25 % серной кислоты. | 8-15 % азотной кислот ы. I IO-2O % СОЛЫ 65 -70 0.5-1 1 1
Таблица 3.18. Коэффициент дезактивации стали при обработке травильной и дезакти-
вирующей пастами в течение 1 ч
Объект дезактивации Паста Ад
,44Се ,wRu "Со
Необработанная сталь Травильная 5,6 1,8 2.2
Дезактивирующая 1000 83 143
Сварной шов Травильная 5,3 1,85 2.2
Дезактивирующая 41.7 40 21.7
Хорошие результаты по дезактивации
получены при использовании пасты,
содержащей смесь НС1, HF и HNO3
(табл. 3.18).
Материалы, применяемые как напол-
нители или носители, должны быть
инертны по отношению к травильным
агентам. Оптимальна композиция, в со-
ставе которой имеются гранулированный
полиэтилен и TiO2. Для удаления проч-
нофиксированных локальных загрязне-
ний применяют пасты с абразивом, на-
пример, содержащим (в массовых долях):
карбид кремния — 25; бентонит — 30;
глицерин — 25; воду — 20; в состав вво-
дят также ПАВ и комплексообразовате-
ли. Наилучшие результаты получены при
применении паст с неионогенным детер-
гентом Alfenol-10, из комплексообразо-
вателей наиболее эффективны цитраты
и полифосфаты. Оптимальная концент-
рация в пасте Alfenol-10 составляет 1 %,
по^ифосфатов или цитратов — 2...5 %.
При дезактивации с помощью этой пас-
ты стали, загрязненной 60Со, = 4-^-5,5.
В качестве паст возможно использо-
вание дисперсных материалов, пропитан-
ных дезактивирующим раствором. Так,
при ликвидации аварийной утечки газа
из первого контура использовали обра-
ботку опилками, пропитанными раство-
ром следующего состава, %: ПАВ — 5,
Na2HPO4 — 5, синтрон — 5, карбоксиме-
тилцеллюлоза — 3. При удалении нефик-
сированных загрязнений после монтаж-
ных работ KR = 10СН-1000.
В табл. 3.19 представлены рецептуры
паст, приготовление которых возможно
в производственных условиях (в процен-
тах массы).
Достоинства способа дезактивации пас-
тами — высокая эффективность, возмож-
ность удаления локальных загрязнений без
распространения их по поверхности, от-
сутствие жидких отходов. Недостатки за-
ключаются в трудоемкости нанесения и уда-
ления паст, использовании ручного труда.
К дезактивации пастами часто отно-
сят малораспространенный способ дезак-
тивации суспензиями. Суспензии пред-
ставляю собой раствор, содержащий вы-
сокую концентрацию мелкодисперсных
сорбентов, ПАВ, соли и комплексообра-
зователи. Назначение сорбентов состоит
в поглощении радионуклидов из раство-
ра для увеличения срока его действия
и непосредственного перевода радио-
активных веществ в твердые отходы.
Таблица 3.19. Примеры рецептур паст (время обработки 6СН180 мин)
Название Состав, % мае Удаление
Состав А (кислотная) Н2С2О4 — 85...92; КМпО4 — ТБФ— 5.8. вода — до п етой пасты Три стадии: 1. Обильный смыв водой. 2. Протирка 1-2 %-м Na(HCO3). 3. Смыв водой
Состав Б(кислотная) Н2С2О4 — 85...90; NaCl— 0...2; КМпО4— 5...10; вода — до густой пасты
Состав В(кислотная) Н2С2О4 — 85...90; КМпО4— 2...3; NaCl— 2...3; вода — до густой пасты
Состав Г(кислотная) Н2С2О4 — 85.95; NaCl— 0...2; КМпО4 —3...10; трилон Б — 2...3; вода — до густой пасты
Состав Д (кислотная) Н2С2О4-85...90; лимонная кислота— 1...2; NaCl — 0...2. трилон Б — 1...2; вода — до густой пасты
Состав Е (щелочная) NaOH— 65.75; Na2CO3 — 10.15; KMnO4—2.5; вода — до густой пасты
Дальнейшее совершенствование спо-
соба дезактивации суспензиями привело
к созданию «сухого» способа дезактива-
ции с использованием сорбентов. Этот
способ заключается в обработке поверх-
ности небольшим количеством раз-
брызгиваемого раствора с последующим
покрытием ее слоем порошкообразного
впитывающего сорбента. Сбор сорбента
осуществляют вакуумированием. Дезак-
тивирующий раствор вместе с десорби-
рованными радиоактивным загрязнени-
ями впитывается сорбентом и поступает
в твердые отходы. В случае необходимо-
сти сорбент можно регенерировать.
При обработке раствором с сорбентом
радиоактивное загрязнение распределя-
ется в системе поверхность — раствор —
сорбент в соответствии со значениями
коэффициента дезактивации раствора Л
и сорбента К . Введение сорбента в дез-
активирующий раствор равносильно
сокращению объема раствора. В присут-
ствии сорбента в сравнительно неболь-
шом объеме раствора можно получить
максимальный эффект дезактивации, при
этом радиоактивное загрязнение будет
фиксировано в сорбенте в соответствии
со значением .
Эффективность сорбционного спо-
соба существенно зависит от дезакти-
вирующих свойств раствора, а также
от устойчивости сорбента в дезактиви-
рующей среде. Окислительные раство-
ры не применяют, так как большин-
ство сорбентов в них разрушается. При
оптимальном соотношении количеств
сорбента и раствора можно добиться
практически полного удаления слабо-
фиксированных радионуклидов при
отсутствии жидких отходов. Недостат-
ком способа является малая эффектив-
ность удаления прочнофиксированных
загрязнений.
3.10. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ
(ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ)
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Один из старейших и наиболее при-
меняемых способов дезактивации осно-
ван на удалении радиоактивных веществ
специальными дезактивирующими сред-
ствами в сочетании с механическим воз-
действием щетки, ветоши, тампона или
кисти.
Эффективность обработки зависит от
вида загрязнения, применяемого средства,
материала обрабатываемой поверхности и
силы воздействия на обрабатываемую
поверхность. В настоящее время суще-
ствует большое количество моющих
средств для различных материалов и за-
грязнений, также могут применяться ра-
створы химических реагентов — щавеле-
вой кислоты, перманганата калия и т. д.
Наиболее типичные специальные дезак-
тивирующие средства, применяемые на
АЭС Украины, представлены в табл. 3.20.
В качестве специальных дезактивирую-
щих средств часто применяют штатные
дезактивирующие препараты, применяе-
мые в вооруженных силах (табл. 3.21).
В качестве моющих растворов для дез-
активации поверхностей помещений
и оборудования можно применять щелоч-
ные и кислые моющие средства, составы
которых можно хранить в виде порошка
в рабочем помещении (табл. 3.22, 3.23).
Таблица 3.20. Наиболее типичные специальные дезактивирующие средства, применяемые
на АЭС Украины
Средство Состав Применение
J Iooom ид 105 Триполифосфат натрия, оксид натрия СМС для обезжиривания и мойки
СслОРС Моющее средство на основе «Мальва» или «Ревета». ПАВ. сорбент природный, комплексоны, абразивы, натрий кре мне во - кисл ы й Окрашенные поверхности, стекло, оргстекло, пластмасса, резина
Барьер ПАВ. сорбент природный, комплексоны, абразивы, натрий кремнево-кислый Защита кожи рук от за!рязнений красками, маслом, сажей, ржавчиной, лаками. Дезактивация всех поверхности
ЩИТ-К 1 кроток. КИСЛО 1 иый* Дешкп!вация всех новерчносюй
11 ЦП -ILL 1 lopoiiioK. щелочной*
СКАТ 1 ель*
ГЛИК 11а основе дв\ \ композиций * Де KiKi ивация нержавеющей cia.ni
КУК-6 Рас»вор па основе щелочей* Де hiki ивация все' ib>Bep\nocieii
' Г HJinpi.l Ikll ИИ.I Г фирм-проп 1111^ | It
Таблица 3.21. Состав дезактивирующих препаратов, применяемых в вооруженных силах
Компонент Содержание компонента в препарате, %
СФ-1 СФ-2 СФ-2У СФ-3 С<ЬгЗК
Алкилбензосульфонат 25 18 25 30 15
Триполифосфат натрия - - 50 - -
Гексамстафосфат натрия 50 - - 70 35
Тринатрийфосфат — 30 - - -
Сульфат натрия 18 16 15 - -
Щавелевая кислота — - - - 50
Влага и примеси 7 36 1 - 10 10 5
Моющие растворы готовят на рабочем
месте, растворяя порошок в воде. Время
обработки — 5...15 мин, температура ком-
натная и выше.
Загрязнение поверхности, не подда-
ющейся отмывке щелочными составами,
обрабатываются кислым, а затем щелоч-
ным составом. Время контакта приготов-
ленного водного моющего раствора с дез-
активируемой поверхностью 5—15 мин,
после чего кислый раствор смывают и по-
верхность обрабатывают щелочным.
Дезактивацию окрашенных поверхностей
стен и оборудования проводят вначале кис-
лым, а затем щеточным составами:
кислый (г/л): щавелевая кислота —- 6... 10;
СМС «Астра» — 6...8; трилон Б — 1...2;
вода — до 1 л;
щелочной (г/л):СМС «Астра» — 6...8;
СФ-2У - 6...8; сода — 0...10; трилон Б —
I ...3: вода — до 1 л.
Для снятия краски с поверхностей
применяют кислые органические раство-
ры три-н-б>тилфосфата (ТБФ), насыщен-
ного кислотами (табл 3.24).
Органическими растворами ТБФ, на-
сыщенного кислотами, хорошо дезакти-
вируются локальные загрязненные участ-
ки, окрашенные поверхности стен, обо-
рудование из нержавеющей и углеродис-
той сталей, вентиляционные короба и т. д.
Дезактивацию канализации из чугунных
и углеродистых труб, а также нержавею-
щих труб в прачечных, столовых и других
помещениях от гряземасляных активных
и неактивных отложений проводят внача-
ле щелочными, а затем кислыми водными
составами и промывают горячей, а затем
холодной водой (табл. 3.25 и 3.26).
Достоинствами способа являются про-
стота применения, относительно малый
объём отходов. К недостаткам следует
отнести большие трудо- и дозовые за-
траты при деза кт наци и. Однако в послед-
нее время за рубежом появился ряд
автоматических устройств для проведе-
ния дезактивации подобным способом.
Гидромеханичесая дезактивация может
быть применена для дезактивации бетон-
ных поверхностей. Известные способы
Таблица 3.22. Щелочные дезактивиру-
ющие составы
Номер состава Компоненты
Название Кол-во
1Ш СМС (СФ-2У, «Планета», и др.] Трилон Б Вода 8-Юг 1-3 г 1 л
2Ш Кальцинированная сода Трилон Б Вода Юг Юг 1 л
ЗШ Едкий натр Трилон Б Вода Юг Юг 1 л
4Ш Едкий натр СМС («Лотос», «Астра», др.) Вода Юг 5 г 1 л
5Ш Карбонат натрия Перманганат калия Вода Юг 3 г 1 л
6Ш Едкий натр Перманганат калия Трилон Б Вода Юг 3 г 1 г 1 л
7Ш Карбонат натрия Бихромат калия Ввода Юг 3 г 1 л
8Ш Тринатрий фосфат (гексаметафосфат) Карбонат натрия Сульфанол(НП-1, НП-3) или сшгганол (ДС-Ю или ДТ-7) или ОП-7 (ОМ-10) Вода 10-15 г 10-15 г 1-3 г 1 л
9111 Тринатрий фосфат (гексаметафосфат) Трилон Б Сульфанол (НП-1, HI 1-3) или ОЯ-7 (ОП-Ю) Вода 10-20 г 5-Юг 1-Зг 1 л
Таблица 3.23. Кислые дезактивирую-
щие составы
Номер Компоненты
состава Название Кол-во
1К Щавелевая кислота Поваренная соль СМС (СФ-2У Лотос или др.) Вода Юг Юг 3-5 г 1 л
2К Щавелевая кислота СМС ((Лотос,СШ-2У, Астра или др.) Трилон Б Вода Юг Юг 1-2 г 1 л
зк Щавелевая кислота Лимонная кислота Трилон Б Вода 5-Юг 1-3 г 1—3 г 1 л
4К Щавелевая кислота Перманганат калия Вода 10-50 г 3-5 г 1 л
5К Лимонная кислота Трилон Б Перманганат калия Вода 5-Юг 1-3 г 0-2 г 1 л
дезактивации бетонных поверхностей по-
зволяют достичь 30—50 %-го снижения
фона на поверхности железобетонных
конструкций, что объясняется пористой
структурой бетона. Дальнейшее сниже-
ние уровня радиоактивности поверхно-
сти железобетонных конструкций дос-
тичь известными способами практичес-
ки невозможно.
Обработка конструкции специальны-
ми моющими средствами не позволяет
удалить твердые нерастворимые части-
цы, находящиеся в порах бетона, поэто-
му для решения данной проблемы
Таблица 3.24. Кислые органические растворы три-н-бутилфосфата (ТБФ)
Раствор ТБФ Компонент Содержание, % Раствор ТБФ Компонент Содержание, %
А Азотная кислота (HNO3) 1-5 Б Щавелевая кислота 2-3*
Щавелевая кислота 1-3 Лимонная кислота 0,5-1
Трилон-Б 0,1 -0,5 Трилон-Б 0,1-0,5
Спирты С7— С12 6-20 Спирты С7 — С12 5-20
Таблица 3.25. Щелочные водные составы
Состав Компонент Содержание, % Время обработки, ч Температура, °C
А NaOH Na2CO3 СМС с пероксидным окислителем Трилон Б 5-10 и более 1-5 0,5-1,0 0,1-0,2 1-8 20-80
Б NaOH Na2CO3 КМпОд СМС Трилон Б 5-10 1-2 0,5-1 0,5-1 0-0,5 1-12 20-80
В NaOH КМпО4 Трилон Б 5-10 1-2 0-1 1-8 20-80
Таблица 3.26. Кислые водные составы
Состав Компонент Содержание, % Время обработки, мин Температура
А Щавелевая кислота СМС Трилон Б 2-5 0,5-1 0,1-0,2 20-30 Комнатная
Б Щавелевая кислота КМпОд Трилон Б 2-5 0,5-1 0,1-1,0
ра зраба гы каются специальные де kikti жи-
рующие средеIна, например средство
Granit-28, разработанное компанией
«Business & Building System Group». Эти
средство, нанесенное гидромеханическим
или струйным способом на дезактивиру-
емую поверхность, реагируете кальцием
цемента и образующаяся в порах плот-
ная кристаллическая структура в среде си-
ликатного геля выталкивает частицы заг-
рязнений из пор. На поверхности созда-
ется кварцевая пленка, которая легко смы-
вается с поверхности щелочными
моющими средствами. Поверхность, об-
работанная материалом Granit-28, не раз-
рушается от воздействия переменных тем-
ператур, кислотных дождей. Далее радио-
активная пыль легко смывается дожде-
выми водами, попадает в дренаж и может
перекачиваться в отстойник ливневых сто-
ков, а затем в хранилище ЖРО.
Существуют и другие технологии за-
щиты бетонных поверхностей. Эпоксид-
ная смола образует плотную гладкую по-
верхность, однако существенный недоста-
ток этой технологии в том, что бетон не
дышит. Замкнутая азага в бетоне вызыва-
ет разрушение поверхностных слоев и уско-
ренную коррозию арматуры. Поверхнос-
ти, обработанные материалом Granit-28,
проницаемы дтя паров воды, но не про-
ницаемы дзя воды. Поверхность работает
по принципу полупроницаемой мембра-
ны. В теплое время года пары воды под
даазением выходят через поры, работаю-
щие в режиме клапанов, вынося микро-
скопические частицы загрязнений. Влага
от осадков, находящаяся в среде с атмо-
сферным даазением, нс попадает в бетон.
Через некоторое время азажность бетона
стабилизируется и достигает минимума.
3.11. УДАЛЯЕМЫЕ
ПОЛИМЕРНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Одним из вариантов химических спо-
собов дезактивации является использо-
вание удаляемых полимерных пленок.
В составы, применяемые дзя обра зованпя
таких пленок (поли пилен, каким, по-
ливинилхлорид), вводятся различные те<-
актипирующие реагенты (кислоты. окис-
лит ельно-восстпновиiельные реагенты,
комплексообра зователи). Техиолотя ле п
ак1ивании при помощи дезаминирую-
щих {.ШИННЫХ полимерных ИОКрЫ1ИП
заключашем в нанесении на чнря шей-
ную HOBepXHOCIb жилкой композиции,
состоящей из полимера, ПАВ и комп-
лексообразователей. В результате взаимо-
действия жидкости с за грязнен но и
поверхностью очищаемого оборудования
радиоактивные вещества удаляются с по-
верхности. В дальнейшем с toil жидкое!и
застывает и образуется твердая пленка,
что способствует фиксации перешедших
в жидкость, а затем в пленку радиоак-
тивных загрязнений. Окончательной про-
цедурой дезактивации является удаление
пленки механическим способом (щетками,
пескоструйкой и т. д.). Тем самым ис-
пользование легкоснимаемых покрытии
позволяет значительно сократить приме-
нение других способов дезактнванпи.
приводящих к образованию больших
объемов ЖРО, стоимость ncpepaOoikii
которых довольно высока
Более подробно мехаш i зм ле зак п inai а и i
защитными полимерными покрышими
можно рассмотреть на примере покрыта
типа «Детекс», изготавливаемо! о на <х но
ве водорастворимо) о латекса с aeicpi стом
Водорастворимые латексные и. iciikh сами
по себе moi ул испольюваться в качестве
дезактивирующих покрытий. полая уве-
личения дезактивирующей способности
латексных пленок в их состав включают
комплексообразователи и детергенты.
Раствор препарата «Детекс» наносят на
поверхность напылением или щеткой.
Через определенное время препарат вы-
сыхает (время высыхания зависит от со-
става препарата и окружающих условий)
и превращается в гибкую пленку, легко
удаляемую вместе с загрязнением. Как
показали испытания, наибольшую эффек-
тивность дезактивации дает применение
«Детекса», нанесенного щеткой, для уда-
ления сухого аэрозольного загрязнения.
С помощью этого препарата при самых
благоприятных условиях удается пони-
зить начальное загрязнение окрашенных
деревянных поверхностей в 1600 раз.
Основными преимуществами исполь-
зования этого способа являются образо-
вание только твердых отходов и исклю-
чение диспергирования радиоактивности,
а основными недостатками — возмож-
ность высокого облучения персонала
(пленки обычно удаляются с поверхнос-
тей вручную), возможность радиолиза при
длительной продолжительности контак-
та пленки с радиоактивными компонен-
тами, большая длительность высыхания
пленок, определяемая временем испаре-
ния воды (при некоторых атмосферных
условиях этот процесс очень затя1 ивается).
В настоящее время наблюдается тенден-
ция разработок быстросохнущих покры-
тий на основе растворов сополимеров
поливинилхлорида (83—85 ^г) и винил-
ацетата (15—17 ^) в эффективных рас-
творителях с добавками, которые прида-
ют пленке эластичность, адгезию к по-
верхностям, теплостойкое гь, свегостой-
кость. Такие препараты обра зуют пленку
необходимой толщины (0,01 -1 мм) и от-
верждаются приблизительно в течение
3 мин. Затем пленку можно удалить вме-
сте с внедренными в нее радиоактивны-
ми веществами, но лучше это делать че-
рез 2 ч после того, как повысятся ее эла-
стичность и адгезия. Покрытия наносят
способом напыления на горизонтальные
и вертикальные поверхности. При этом
за счет относительно быстрого времени
высыхания не возникает проблем, свя-
занных со стеканием пленки.
Способ пленочной дезактивации мож-
но применять не только для предвари-
тельной, но и для окончательной дезак-
тивации гладких поверхностей из некор-
розионных материалов. В частности, для
этих целей рекомендуется пленкообразу-
ющее снимаемое дезактивирующее сред-
ство, применимое к гладким поверхностям
полов, стен и столов, содержащее 15,5 %
поливинилового спирт, 69 % воды, 1,5
глицерина, 11,8 % этилового спирта,
0,3 % лимонной кислоты, 0,7 % К. Na-гекса-
метафосфата и 0,2 % смачивателя.
Пленочная дезактивация эффективна
для радиоактивных загрязнений 239Ри;
есть данные, что для таких загрязнений
коэффициент дезактивации составляет
от 180 до 800.
Существует большое количество обо-
рудования для нанесения на поверхность
дезактивирующих защитных полимерных
покрытий. Наибольшее распространение
получили установки, состоящие из бака для
приготовления пленкообразующих соста-
вов (рис. 3.18, б), бака для подачи состава
под давлением к обрабатываемой поверх-
ности (рис. 3.18. а) и специального пневмо-
Рис. 3.18. Установка для нанесения и приготов-
ления составов дезактивирующих защитных
полимерных покрытий
распыливающего пистолета для нанесения
состава на поверхность (рис. 3.18, в).
В настоящий момент существует боль-
шое количество рецептур защитных поли-
мерных покрытий, но, к сожалению, ни
одна из них не является универсальной.
Предприятием «Химмед» разработан ряд
дезактивирующих рецептур для различных
радиохимических производств (табл. 3.27).
Порядок применения дезактивирую-
щих защитных полимерных покрытий
зависит от способа нанесения дезактиви-
рующего состава; геометрии поверхнос-
ти помещения и оборудования; вида за-
грязнения; конечного уровня загрязне-
ния и т. д. Ниже рассмотрен состав дез-
активирующих рецептур на основе
полимерных покрытий, применяемых на
объекте «Укрытие».
Дезактивирующий состав марки «Се-
лан-3». Представляет собой дисперсию,
содержащую водный раствор поливини-
лового спирта и глицерина, комплексо-
образователь и ПАВ.
Состав наносят на окрашенные и не-
окрашенные поверхности из углеродистой
и нержавеющей стали, бетонные и ошту-
катуренные поверхности, окрашенные дез-
активируемыми химически стойкими эма-
лями, поверхности из органического и си-
ликатного стекла, пластиката рецептуры
57—40, поверхности наливных полов на
основе эпоксидных и полиэфирных смол.
Нанесение «Селана-3» осуществляют
в два-три слоя при вязкости 20—50 с по
вискозиметру ВЗ-246 с межслойной суш-
кой в течение 4—24 ч. До рабочей вязко-
сти состав доводят водой. Расход состава
на один слой покрытия при нанесении
щетками или наливом — 300 г/м, при нане-
сении методом распыления — 200 г/м2.
Время выдержки покрытия до удаления —
не менее 24 ч. Применяется для «сухой»
дезактивации различных поверхностей по-
мещений и оборудования от альфа- и
бета-активных загрязнений при плюсо-
вой температуре окружающего воздуха
и относительной атажности до 90 %.
Дезактивирующий состав «Селан-4».
Представляет собой дисперсию, содержа-
щую водный раствор поливинилового
спирта и глицерина, комплексообразова-
тель, ПАВ и инициатор полимеризации.
Состав наносят на прокорректирован-
ные металлические поверхности методом
налива, щетками или распылением: в пер-
вых двух случаях — одним-двумя слоя-
ми при вязкости 60—120 с с межслойной
сушкой продолжительностью 4—24 ч,
причем второй слой наносят без добав-
ления инициатора полимеризации (И^Од);
методом распыления — тремя-четырьмя
слоями при вязкости 20—50 с по виско-
зиметру ВЗ-246 с межслойной сушкой
в течение 4—24 ч, причем 2-, 3- и 4-й
слои — без добавления инициатора по-
лимеризации (H2SO4).
До рабочей вязкости состав доводят
водой. В зимнее время для уменьшения
вязкости раствора и ускорения форми-
рования пленки в состав добавляют гли-
церин и этанол:
Температура
воздуха, ’С -1..-5 —6.—ю -11..-15
Количество глицерина, % 2 5 8
Количество этанола, % 10 15 20
Расход состава на один слой покры-
тия при нанесении щетками или поли-
вом составляет 300 г/м2, методом распы-
ления — 200 г/м2. Время выдержки по-
крытия до удаления — не менее 24 ч.
Применяется для снятия прочнофик-
сированных альфа- и бета-активных за-
грязнений при температуре окружающего
воздуха от —15 до +40 °C и относитель-
ной влажности до 90 %.
Достоинствами защитных полимерных
покрытий «Селан-3» и «Селан-4» являются
возможность нанесения на окрашенные
и неокрашенные поверхности; простота
применения; фиксация и локализация
радиоактивных загрязнений; отсутствие
ЖРО; небольшой объем твердых отхо-
дов и простота их переработки.
Недостатки — узкая специализация
процесса; низкий коэффициент дезакти-
вации (низкая эффективность удаления
Таблица 3.27. Средства для пленочной
дезактивации, разработанные и произво-
димые предприятием «Химмед»
Средства дезактивации Назначение i для дезактивации
ВЛ-501 Металл, бетон, пластик 41
ВЛ-502 43
ВА-503 Металл, бетон, пластик, изоляция, пылеподав- ление, локализация (при температуре больше 20 °C) 45
ВА-504 Металл, бетон, пластик 109
Раддез±ППА Локальные поверхнос- ти металла, бетон, пластик. Изоляция, пылеподавление. локализация 330
Раддез±ПП Макроповерхности: металл, бетон, пластик. Изоляция, пылеподав- ление. локализация 330
прочнофиксированных загрязнений);
необходимость предотвращения распро-
странения загрязнений при нанесении
покрытий; относительно большое время
проведения дезактивации; способ приме-
ним в большей степени к поверхностям
с простой геометрией.
3.12. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
СПОСОБЫ
Электрохимическая дезактивация —
жидкостная дезактивация, осуществляемая
обработкой металлической поверхности
в электролите с применением внешнего
источника тока.
Применение электрохимической дезак-
тивации позволяет уменьшить продолжи-
тельность процесса, расход реагентов и ко-
личество жидких отходов, улучшить ка-
чество обработки. В зависимости от знака
заряда, подаваемого на обрабатываемую
поверхность (отрицательного или поло-
жительного потенциала), имеет место ка-
тодная или анодная обработка (анодная
находит большее применение в практике).
При катодной обработке происходит
частичное или полное восстановление
оксидных пленок на металлах. Выделя-
ющийся при катодной поляризации водо-
род интенсифицирует процесс разруше-
ния оксидной пленки, но одновременно
может поглощаться металлом (наводоро-
живание), что приводит к охрупчиванию
последнего. Дезактивация методом катод-
ного травления связана с опасностью вто-
ричного загрязнения поверхности, осо-
бенно радионуклидами, имеющими по-
ложительные электродные потенциалы.
При анодной обработке происходит
растворение тонкого поверхностного слоя
металла (обычно от 2,5 до 80 мкм) вместе
с находящимися в нем радиоактивными
загрязнениями. Режим и характер анод-
ного растворения зависят от природы
металла, состава раствора, значения по-
ляризации. При малой анодной поляри-
зации (и хорошей растворимости продук-
тов реакции) происходит активное раство-
рение металла — травление. Область трав-
ления имеет характерные особенности:
скорость растворения отдельных зерен
различна (структурное травление); металл
переходит в раствор в виде ионов низ-
шей валентности. Дезактивация металлов,
загрязненных изотопами таких благород-
ных элементов, как Au, Ru, Ро, Те, в этой
области может быть неэффективна.
При увеличении анодной поляризации
скорость растворения металла резко па-
дает, наступает его пассивация, сохраня-
ющаяся в довольно широкой области раз-
ности потенциалов. Для электрохимиче-
ской дезактивации эта область малоперс-
пекгивна. Дальнейшее смещение разности
потенциалов в положительную сторону
может привести снова к повышению
плотности тока и скорости растворения.
Образуется область перепассивации, или
транспассивная. Для этой области харак-
терны: 1) переход металла в раствор в виде
ионов высшей валентности; 2) в опреде-
ленных условиях при соответствующей
плотности тока полирование поверхности
металла (электрохимическое полирование).
Анодное растворение или электрохими-
ческое полирование (далее ЭХП) было от-
крыто Бейтелем (Германия), получившим
в 1910 г. немецкий патент, и независимо
от него русским химиком Е. И. Шпи-
тальским, которому была выдана приви-
легия на «способ придания поверхностям
металлов и гальванических осадков метал-
лов полировано-блестящего вида» во время
его работы в Московском университете.
Ценность ЭХП не ограничивается
лишь получением блестящих поверхнос-
тей металлов (что имеет большое прак-
тическое значение); оно оказывает бла-
гоприятное влияние на многие физико-
химические и коррозионные свойства
металлов. Известно, например, что ЭХП
улучшает оптические свойства металлов
(коэффициент отражения света), меха-
нические свойства, уменьшает коэффи-
циент трения между металлическими
поверхностями, увеличивает способность
металлов к пластической деформации
в холодном состоянии, повышает магнит-
ную проницаемость некоторых ферромаг-
нитных материалов, устраняет явление
холодной эмиссии.
Механизм электрохимического поли-
рования металлов сложен: поверхностный
слой металла на участках химических
и структурных неоднородностей растворя-
ется и микрошероховатости сглаживают-
ся. Образующаяся при анодной поляри-
зации оксидная пленка при высокой
плотности тока (5—50 А/дм2) растворя-
ется в электролите. В качестве электро-
литов для электрополирования исполь-
зуют концентрированные растворы
Н3РО4, H2SO4, СгО3, практикуется вве-
дение ПАВ и органических веществ.
Электрохимическая дезактивация про-
исходит в результате электролиза, т. е.
отдачи электронов анодом и присоеди-
нения их катодом при пропускании элек-
трического тока через растворы электроли-
тов. В общем виде этот процесс можно
записать следующим образом.
На аноде происходит основная реак-
ция — растворение (окисление) металла
с образованием гидроксида металла, вы-
падаемого в осадок при обработке в ней-
тральных и щелочных электролитах:
Me—л е Ме^ ,
далее
Ме4и + п ОН’ -> Ме(ОН)„
или с образованием растворимой соли при
обработке в кислотах:
Me; + п R Me(R)„,
где п — валентность металла (Me);
возможна также побочная реакция —
образование кислорода, снижающая к.пл.
процесса анодного растворения:
2 ОН" - 2 е -> Н2О +0,
далее О+О -> О2
На катоде происходит выделение водо-
рода, процесс образования которого в зави-
симости от условий протекает по-разному.
в кислотах и при малых плотностях
тока в нейтральных и слабощелочных
растворах — по схеме
Н+ + е -> Н, далее Н+Н-> Н2;
в нейтральных растворах при боль-
ших плотностях тока и больших напря-
жениях на электродах молекулярный
водород может образовываться за счет
разложения молекул воды:
Н2О + е -> Н+ ОН", далее Н+Н-» Н2.
В соответствии с законами Фарадея
в отсутствие других электродных реакций
зависимость между скоростью окисления
металла V, г/(см2 • с), и плотностью анод-
ного тока i имеет вид
где F — постоянная Фарадея; N3 — хи-
мический эквивалент металла.
Важнейшие характеристики анодного
растворения — зависимость плотности
тока / от электродного потенциала Е
и частная производная обратной зависимос-
ти (дЕ I di), называемой поляризуемостью
и являющейся технической характерис-
тикой растворяющихся анодов. Указан-
ные зависимости могут иметь концент-
рационную или кинетическую (актива-
ционную) природу. Какой из случаев
реализуется на практике, зависит от со-
отношения между i при данном Е и то-
ком обмена /о, т. е. плотностью тока при
равновесном потенциале, когда она в точ-
ности равна плотности тока обратного
процесса — катодного осаждения метал-
ла. При Z < 7О скорость анодного раство-
рения лимитируется скоростью отвода
продуктов окисления от поверхности
электрода в объем раствора; потенциал
металла сохраняет равновесное значение
по отношению к его ионам в приповерх-
ностном слое раствора и выражается урав-
нением Нернста
Е = £к+—1пГме*1,
0 nF L ,,J’
где Eq — стандартный электродный по-
тенциал; [Me*] — приповерхностная
концентрация ионов металла; Т — абсо-
лютная температура; R — газовая посто-
янная.
Однако, оставаясь равновесным, по-
тенциал меняется, поскольку у поверх-
ности возрастает пропорционально ско-
рости анодного растворения (т. е. про-
порционально плотности тока /). Соот-
ветственно зависимость Е от / описывается
уравнением
г „ RT пЕЕ
Е - In л +--In z или z = К ехр-.
nF RT
где К — эмпирический коэффициент.
Это уравнение может быть нарушено,
когда будет достигнут предел раствори-
мости соли, образуемой металлом с од-
ним из анионов электролита, и [Ме„]
перестанет расти. Если образующийся при
этом осадок рыхлый и заметно не пре-
пятствует прохождению тока, то далее
металл становится практически неполя-
ризуемым. Такова, например, природа
неполяризуемости отрицательной пласти-
ны свинцового аккумулятора.
Нередко анодное растворение ослож-
няется вторичными явлениями. Так, об-
разование на поверхности растворяюще-
гося металла фазовых или адсорбцион-
ных солевых или оксидных слоев при-
водит к пассивации, а пассивация, в свою
очередь, — к ослаблению зависимости
скорости анодного растворения от потен-
циала при достижении предельной плот-
ности тока растворения, а иногда и при
изменении типа зависимости. В водных
средах повышенной склонностью к пас-
сивации отличаются многие переходные
металлы (Мо, Сг, Ni, Fe и др.). Для них
характерен критический потенциал £кр,
зависящий от природы металла и pH ра-
створа. При достижении Е^ обычное уве-
личение скорости анодного растворения
сменяется ее резким снижением, иногда
до нескольких порядков величины. После
этого в большом интервале значений по-
тенциала скорость анодного растворения
сохраняется постоянной, а затем снова
начинает экспоненциально расти с по-
тенциалом. Последнее явление, извест-
ное как перепассивация, обусловлено но-
вым анодным процессом (окислением
металла до ионов высшей валентности),
который лежит в основе электрохими-
ческой технологии получения высших
кислородных соединений ряда металлов,
например Мп, Сг. При анодном раство-
рении сплава возможен неравномерный
переход его компонентов в раствор, т. е.
избирательное растворение одних компо-
нентов и обогащение поверхностного слоя
Рис. 3.19. К теории П. Э. Жаке
сплава другими. Все это приводит к тому,
что при электрохимической дезактивации
металлов, содержащих Мп, Сг, в резуль-
тате удаления наружного деформирован-
ного слоя металла повышается чистота
и однородность поверхности, ее отража-
тельная способность, качество изделий,
что приводит к уменьшению последую-
щего радиоактивного загрязнения, если
обрабатываемое оборудование повторно
используется.
До настоящего времени нет точной
теории, объясняющей процесс ЭХП. Изу-
чая ЭХП меди в ортофосфорной кислоте,
П. Э. Жаке, например, впервые предло-
жил довольно простое объяснение этого
процесса. Сущность его теории состоит
в следующем. При прохождении тока
через электролит у поверхности анода
образуется жидкий слой из продуктов
анодного растворения, имеющий повы-
шенную вязкость и большое электриче-
ское сопротивление. Толщина этой вяз-
кой жидкой плёнки неодинакова на раз-
личных участках шероховатой поверхно-
сти: в углублениях она больше чем
на выступах (Я2) (рис. 3.19).
Вследствие неравномерной изоляции
поверхности анода происходит и нерав-
номерное распределение электрического
тока на ней. На выступах устанавливает-
ся более высокая плотность, чем на впа-
динах. Поэтому выступы растворяются
более интенсивно, что, в конечном сче-
те, ведёт к выравниванию шероховатой
поверхности.
Согласно другому мнению, главную
роль при ЭХП играет диффузия продук-
тов анодного растворения от поверхности
электрода в общую массу электролита.
С помощью этих теорий трудно
объяснить ЭХП при сильном искусствен-
ном перемешивании или когда процесс
сопровождается сильным газовыделением
на аноде и катоде. Образование у поверх-
ности анода жидкого слоя, отличного по
своему составу и свойствам от электро-
лита в объёме, а также диффузионные
и конвекционные процессы наблюдаются
во всех других случаях анодного раство-
рения металлов независимо от того, про-
исходит ли при этом ЭХП или не-
равномерное травление поверхности.
Неравномерное распределение тока на по-
верхности анода наблюдается в отсутствие
каких бы то ни было плёнок. Силовые
линии электрического поля в электролите
концентрируются по направлению к углам,
рёбрам и выступам к поверхности электро-
да. Известно, что гальванические осадки
имеют большую толщину именно на этих
участках. С термодинамической точки
зрения следует считать более вероятным
переход ионов металла в раствор с высту-
пов, так как на этих участках работа вы-
хода иона из твёрдой фазы в жидкую
меньше, чем в углублениях. С точки зре-
ния простых геометрических соображе-
ний следует также ожидать преимуще-
ственное растворение пиков и, следова-
тельно, выравнивание поверхности. На
практике часто встречаются случаи, ког-
да анодное растворение ухудшает микро-
геометрию поверхности металла за счёт
локального неравномерного травления
(образование питтингов и язв). Следова-
тельно, основную роль при ЭХП играют
не микрогеометрические характеристики
поверхности, а её электрохимические
характеристики, состав электролита и ус-
ловия анодной поляризации. Электрохи-
мические характеристики поверхности
металла определяются совокупностью всех
свойств, оказывающих влияние на харак-
тер анодного растворения (кристаллическая
структура, соотношение площадей анод-
ных и катодных участков и характер их
распределения, поверхностные пленки
и их природа, неметаллические включения).
Выравнивание поверхности металла про-
исходит потому, что градиент концент-
рации акцептора в диффузионном слое
на выступах шероховатой поверхности
больше, чем во впадинах, из-за чего вы-
ступы растворяются более интенсивно.
Выявление кристаллической структуры
(травление) не будет наблюдаться в том
случае, когда концентрация акцептора на
поверхности анода станет равной нулю.
Г. С. Воздвиженский рассматривает
анодное растворение металлов как про-
цесс «электродекристаллизации», завися-
щий от текстуры поверхности металла.
Анодное растворение металла локализу-
ется на отдельных участках (несовершен-
ные грани, места достройки кристалла)
поверхности, находящихся в особо вы-
годных в энергетическом отношении ус-
ловиях. Основные положения данной
теории сводятся к следующему:
при ЭХП растворяются в первую оче-
редь все несовершенные элементы крис-
таллической решётки поверхностного слоя
металла;
ЭХП сопровождается образованием
фигур анодного травления, выявлением
микроструктуры и, следовательно, мик-
рошероховатости;
характер электродекристаллизационно-
го процесса определяется текстурой по-
верхности металла;
основное внимание должно быть уде-
лено изучению условий анодного раство-
рения отдельных структурных элементов
поверхности металла и разряда анионов
на них с учётом того, что стационарные
электродные потенциалы и поляризован-
ные характеристики отдельных граней
различны.
Несмотря на правильность основных
положений, теория Г. С. Воздвиженского
страдает односторонностью, так как при-
нимает в расчёт лишь влияние текстуры
на процесс анодного растворения металла
при ЭХП. При оптимальном режиме по-
лирования создаются условия, обеспечи-
вающие равномерное растворение поверх-
ностного слоя металла несмотря на элек-
трохимическую гетерогенность поверхно-
сти. Следовательно, текстура металла
играет подчинённую роль при ЭХП.
Л. И. Левин считает, что эффект вырав-
нивания поверхности при ЭХП объясня-
ется тем, что на пиках шероховатой по-
верхности концентрируются силовые ли-
нии тока, в результате чего происходит
изменение поверхностного натяжения плё-
нок на пиках, разрыв плёнок и, следова-
тельно, их более интенсивное растворение.
Это положение справедливо, но механизм
процесса ЭХП этим не исчерпывается.
Известно, что при любых анодных про-
цессах имеет место концентрация силовых
линий тока на пиках поверхности, но все-
гда при этом наблюдается ЭХП.
К. П. Баташев предполагает, что вы-
равнивание поверхности медного анода при
ЭХП в Н3РО4 обусловлено исчерпанием
химической активности электролита во
впадинах. Благодаря замедлению процес-
са диффузии, насыщение прианодного
слоя во впадинах достигается быстрее, чем
над выступами, вследствие чего и проис-
ходит преимущественно растворение по-
следних. К. П. Баташев также высказыва-
ет мнение о том, что основным процес-
сом, определяющим течение ЭХП, явля-
ется разряд анионов на выступах анода,
идущий одновременно с растворением
выступов. В результате разряда аниона
прианодный слой у выступа разрушается
с одновременным изменением состояния
поверхности последнего. Оба эти явле-
ния обеспечивают поддержание на вы-
ступах анода большей плотности тока до
тех пор, пока выступы не исчезнут за счёт
растворения. Нельзя считать правильным
то, что основным процессом, определяю-
щим течение ЭХП, является разряд ани-
онов на выступах анода, идущий одно-
временно с растворением выступов.
Согласно представлениям других
авторов, процесс ЭХП сопровождается об-
разованием пассивных плёнок на аноде.
Механизм процесса ЭХП может быть
правильно объяснён на основе современ-
ных представлений об анодной пассивно-
сти. В реальных условиях ЭХП концент-
рация ионов металла у анода не может
расти беспредельно, так как она лимити-
руется произведением растворимости соли
металла. Концентрация продуктов анод-
ного растворения у поверхности полиру-
емого образца увеличивается по мере
повышения анодной плотности тока и,
в конечном счете, могут быть достигнуты
условия для достижения анодной пассив-
ности. Если оксидная плёнка обладает
ионной проводимостью, то наряду с элек-
трохимическим окислением могут идти
процессы перехода ионов металла в рас-
твор и выделения газообразного кисло-
рода. При наличии только электронной
проводимости у оксидной плёнки, оче-
видно, процесс ионизации металла будет
практически заторможен, но на плёнке
могут протекать процессы, связанные
с прохождением через неё электронов, на-
пример разряда гидроксильных ионов.
В отсутствие заметного химического воз-
действия электролита на образующуюся
неэлектропроводную плёнку электрод
в электрохимическом отношении стано-
вится инертным, и на нём уже не могут
протекать какие-либо анодные процессы.
Изложенное можно проиллюстриро-
вать анодными поляризационными гра-
фиками (рис. 3.20) для медных образцов
(сравнительно большие модели углубле-
ний и выступов) в растворе Н3РО4 плот-
ностью 1,55 г/см3 при t = 25 ЭС. По своему
виду эти графики очень сходны между со-
бой, но они имеют и существенные отли-
чия. Скачок потенциала для острого пика
наступает при плотности тока в 1,7 раза
большей, чем для глубокой впадины.
Это говорит о том, что для достиже-
ния идентичных условий (в отношении
состояния поверхности) на выступах и во
впадинах требуется различная плотность
тока, причём большая для выступов. Ис-
ходя из полученных данных, можно счи-
тать, что условия пассивирования ост-
рых пиков менее благоприятны, чем для
впадин, так как процессы активации (или
депассивации) на первых протекают легче,
чем на вторых.
Е, мВ
0
500
1000
1500
2000
2500
Рис. 3.20. Анодные поляризационные
графики для меди в растворе Н,РО4
при / = 25 °C:
1 — впадина; 2 — поверхность; 3 — пик
Эффект выравнивания шероховатой
поверхности при ЭХП можно предста-
вить следующим образом. Металл в про-
цессе ЭХП не переходит в состояние
устойчивой пассивности, так как проис-
ходит непрерывное химическое раство-
рение пассивирующей оксидной плёнки
в электролите. Сглаживание шерохова-
тостей поверхности при ЭХП является
следствием неодинаковой степени пасси-
вирования выступов и углублений.
Углубления находятся в более устойчи-
вом состоянии пассивации, чем высту-
пы, поэтому последние более интенсив-
но растворяются. Меньшая степень пас-
сивирования выступов объясняется их по-
вышенной химической активностью
и более интенсивным растворением ок-
сидной плёнки на них, поскольку про-
цессы диффузии ионов металла и ионов
электролита у выступов имеют большую
окорость, чем в углублениях. Кроме того,
оксидные плёнки на острых пиках менее
совершенны и более пористы, что в свою
очередь способствует более интенсивно-
му их растворению на пиках и, следова-
тельно, растворению самих пиков.
Электролиты, применяемые для по-
лирования металлов, обычно не содер-
жат активирующих ионов (например,
ионов галогенов), которые препятствуют
наступлению пассивации анода вслед-
ствие разрушения оксидных плёнок или
сильного торможения их роста. Однако
не исключена возможность того, что в слу-
чае применения электролитов с сильными
окислительными свойствами или легко-
пассивирующихся металлов может воз-
никнуть необходимость введения в элек-
тролит активаторов.
Во всех теориях ЭХП делается упор,
главным образом, на различие скоростей
растворения выступов и впадин с тем,
чтобы объяснить эффект выравнивания
(полирования) шероховатой поверхности.
Действительно, эти различия существуют,
но они присущи не только процессу ЭХП,
но и любым другим анодным процессам.
Самой характерной и отличительной
особенностью процесса ЭХП является
подавление структурного травления ме-
таллической поверхности несмотря на её
физико-химическую и электрохимиче-
скую гетерогенность. Даже при условии
равномерного растворения поверхности
металла можно объяснить эффект сгла-
живания шероховатостей исходя из про-
стых геометрически соображений. В са-
мом деле, выступы растворяются со всех
сторон, а впадины только в одном на-
правлении. Кроме того, при анодном ра-
створении скорость анодных процессов
выше на выступах, чем во впадинах, что
также способствует растворению высту-
пов. Важно, чтобы при анодном раство-
рении не появлялась новая шерохова-
тость в результате избирательного трав-
ления поверхности металла.
Пусть мы имеем предельно гладкую
поверхность металла или сплава, полу-
ченную механическим полированием или
другим каким-либо способом. При анод-
ном растворении в случае правильно
подобранного для данного металла или
сплава электролита и оптимальных усло-
виях полирования качество поверхности
в принципе не должно ухудшаться, если
обеспечивается исключительно равномер-
ное растворение отдельных участков
поверхности. Выполнение такого усло-
вия возможно лишь тогда, когда свой-
ственная всякой поверхности металла,
и в особенности сплава, электрохимиче-
ская гетерогенность будет в процессе
ЭХП проявляться в минимальной степе-
ни и отдельные микро- и макроучастки,
несмотря на различие их стационарных
потенциалов, будут растворяться с оди-
наковой скоростью. Именно это и дости-
гается при ЭХП.
Характер ЭХП металла зависит от его
природы, состояния поверхности, соста-
ва электролита и режима (температура,
продолжительность полирования, элект-
рический режим, перемешивание).
Температура электролита имеет
существенное влияние на качество ЭХП.
Для каждой системы металл — электро-
лит имеется строго определённый интер-
вал оптимальных температур. Пониже-
ние температуры увеличивает вязкость
электролита и затрудняет диффузию про-
дуктов анодного растворения от поверх-
ности металла в общую массу электро-
лита и свежего электролита к аноду. Для
достижения заданной плотности тока при
этом требуется более высокое напряже-
ние на клеммах ванны. Повышение тем-
пературы оказывает на приведённые
выше параметры обратное влияние. Как
при понижении, так и повышении тем-
пературы за пределы допустимых значе-
ний качество ЭХП может значительно
ухудшиться. *
Продолжительность процесса элект-
рохимической дезактивации зависит от
следующих факторов: исходного состоя-
ния поверхности изделия, электрическо-
го режима, состава электролита, природы
металла и т. д. Увеличение времени ЭХП
сверх необходимого для достижения за-
данной чистоты поверхности не ведёт
к дальнейшему улучшению качества по-
верхности, а иногда и ухудшает её. Про-
должительность полирования уменьша-
ется с увеличением плотности тока и улуч-
шением качества исходной подготовки по-
верхности.
Основными параметрами электриче-
ского режима процесса ЭХП являются
величина анодного потенциала, анодная
плотность тока и напряжение на клем-
мах ванны. Характер и скорость любой
электрохимической реакции определяют-
ся анодным потенциалом, поэтому наи-
более целесообразно регулировать про-
цесс ЭХП по его значению. На практике
процесс контролируется по анодной плот-
ности тока, а иногда и по напряжению
на клеммах ванны, хотя эти показатели
(особенно напряжение на клеммах ванны)
не всегда точны и определённы. Для лю-
бой системы металл — электролит суще-
ствует оптимальная плотность тока, при
которой достигается наилучшее качество
ЭХП поверхности. В отличие от боль-
шинства катодных процессов осаждения
металлов, процесс ЭХП осуществляется
обычно при более высоких плотностях
тока. При низких плотностях тока, когда
металл находится в активном состоянии
и растворяется почти со 100 %-м выхо-
дом по току, как правило, наблюдается
травление поверхности. На практике при
ЭХП применяют такие плотности тока,
при которых наряду с растворением ме-
талла происходит разряд гидроксильных
ионов или кислородсодержащих ионов
(SO^ , РОд" ) с выделением газообраз-
ного кислорода. При этом выход по току,
т. е. степень полезного использования
электрической энергии на растворение
металла, значительно снижается. Иногда
ЭХП успешно протекает при низких
плотностях тока, без выделения кисло-
рода на аноде, например при ЭХП меди
и её сплавов в растворе Н3РО4. При плот-
ностях тока, значительно превышающих
оптимальные значения, происходят бур-
ное газовыделение, перегрев и травление
поверхности металла, повышается удель-
ный расход энергии и снижается выход
по току. С изменением концентрации
электролита, размеров и конфигурации
электрополировочной ванны, расположе-
ния катода и полируемого изделия элек-
трические характеристики ЭХП могут
заметно измениться. Если при выборе
состава электролита можно руководство-
ваться некоторыми соображениями тео-
ретического порядка, то установление
оптимального режима ЭХП осуществля-
ется пока лишь опытным путем.
В процессе ЭХП в стационарных усло-
виях продукты анодной реакции накапли-
ваются у поверхности полируемого метал-
ла. В некоторых случаях диффузия и кон-
векция не могут обеспечить отвод этих
продуктов от анода в общую массу элект-
ролита и доставку свежего электролита
к аноду, вследствие чего возможно нару-
шение оптимальных условий полирования,
и тогда необходимо перемешивание
электролита. Кроме того, перемешивание
предотвращает локальное нагревание по-
верхности анода и поддерживает более
равномерную температуру электролита.
Обычно перемешивание применяется,
когда на аноде образуются труднораство-
римые в электролите плёнки и когда не-
обходимо удалять прилипающие или мед-
ленно движущиеся в одном направлении
пузырьки кислорода. В первом случае
увеличивается скорость растворения плё-
нок на аноде, во втором — поверхность
освобождается от пузырьков газа, кото-
рые могут вызвать образование таких де-
фектов на поверхности, как питтинги или
«полосчатость». Иногда лучшие резуль-
таты дают вращение и колебательное дви-
жение анода, но в любом случае переме-
шивание электролита вызывает необхо-
димость увеличения плотности тока.
На рис. 3.21 показано протекание про-
цесса электрохимического полирования
на основе вышеизложенного. Благодаря
специально подбираемому составу элек-
тролита и создаваемым условиям (обра-
зование пленки 2 повышенного сопро-
тивления) растворение металла 1 осуще-
ствляется неравномерно. В первую оче-
редь растворяются наиболее выступающие
точки 3 (выступы), вследствие чего шеро-
ховатость 4 уменьшается, а затем исче-
зает, и поверхность детали становится
гладкой и блестящей. Избирательное ра-
створение торчащих элементов протека-
ет с одновременным получением блеска.
Удаление крупных выступов называ-
ется макрополированием, а растворение
микроскопически малых неровностей —
микрополированием. Если макро- и микро-
полирование протекают одновременно,
поверхность приобретает гладкость и блеск.
В ряде случаев эти качества могут быть
не связаны друг с другом, т. е. блеск
может достигаться без сглаживания,
а сглаживание — без блеска.
В процессе электрохимического поли-
рования на поверхности анода (полируе-
мой детали) образуется оксидная или
гидроксидная пленка. Если она равно-
мерно покрывает поверхность, то созда-
ются условия, необходимые для проте-
кания микрополирования. Внешняя часть
этой пленки непрерывно растворяется
в электролите. Поэтому для успешного
проведения процесса необходимо созда-
ние условий, в которых существовало бы
равновесие между скоростями образова-
ния оксидной пленки и скоростью ее хи-
мического растворения с тем, чтобы тол-
щина пленки поддерживалась неизмен-
ной. Наличие пленки обусловливает воз-
можность обмена электронами между
полируемым металлом и ионами элект-
ролита без опасности местного разруше-
ния металла агрессивным электролитом.
Макрополирование также является
процессом, зависящим от наличия при-
анодной пленки. Будучи более толстой
в углублениях и более тонкой на высту-
пах, эта пленка способствует их ускорен-
ному растворению, так как на выступах
создается более высокая плотность тока,
а электрическое сопротивление над ними
меньше, чем над углублениями.
Эффективность действия пленки увели-
чивается с повышением ее внутреннего
сопротивления. Электролиты, содержащие
соли слабодиссоциирующих кислот или
комплексные соли, повышают сопротив-
ление пленки.
Рис. 3.21. Электрохимическое полирование
Кроме действия прианодной пленки,
на течение процесса электрохимического
полирования влияют и другие факторы,
в частности механическое перемешива-
ние электролита (или движение анода),
благоприятствующее утончению пленки
за счет ее растворения или уменьшения
толщины диффузионного слоя. Электро-
литы некоторых составов функционируют
нормально только при нагреве. Общим пра-
вилом является снижение скорости нейтра-
лизации и повышение скорости раство-
рения прианодной пленки при повыше-
нии температуры.
Существенное влияние на течение
процесса электрохимического полирования,
как уже говорилось выше, оказывают плот-
ность тока и напряжение (рис. 3.22).
На участке АБ повышение плотности
тока почти пропорционально увеличению
напряжения. На участке Б В режим не-
стабилен, наблюдается колебание тока
и напряжения. Предельный ток, соответ-
ствующий участку ВЦ характеризует про-
цесс формирования на аноде пассивной
пленки. При этом повышение напряже-
ния в довольно широком интервале не
сопровождается изменением плотности
Рис. 3.22. Зависимость плотности
тока от напряжения в ванне при
электрохимическом полировании
тока. По достижении напряжения, соот-
ветствующего точке поворота Г на кри-
вой, начинается новый процесс — обра-
зование газообразного кислорода.
В зависимости от состава электроли-
та и обрабатываемого металла полиро-
вание ведут при режимах, соответству-
ющих различным участкам кривой. Так,
полирование меди в фосфорной кислоте
ведут при режиме предельного тока,
когда не происходит образования кис-
лорода.
Способ электрохимического полиро-
вания металлов адаптирован к специфи-
ческим условиям атомной промышлен-
ности двумя способами реализации элек-
трохимической очистки загрязненного
оборудования: ванным (погружным)
и вневанным (с выносным электродом).
Ванный способ в основном применя-
ется для дезактивации малогабаритных
деталей или фрагментированного обору-
дования; в других целях применение
данного способа нецелесообразно из-за
большого расхода электролита и образо-
вания больших объемов ЖРО, непроиз-
водительных затрат электрического тока
и электролита, неравномерности очистки
и съема металла вследствие неоднородного
распределения тока по рельефу очищае-
мой поверхности (использование же фи-
гурных катодов, повторяющих форму
дезактивируемой поверхности, целесооб-
разно только для серийных однотипных
изделий).
Принцип действия ванны для дезак-
тивации оборудования электрохимиче-
ским способом (рис. 3.23) заключается
в следующем: непосредственно в ванне
приготавливается электролит; на зажим,
подсоединенный к катоду, цепляется очи-
щаемая деталь, закрывается крышка; к кор-
пусу подсоединяется анод, на ванну по-
дается ток. Процесс может регулироваться
подачей пара или воздуха через змеевик,
проложенный по дну ванны. Пары элек-
тролита и образующиеся газы отводятся
через сдувочное отверстие, расположен-
ное в крышке ванны, в спецвентиляцию.
Коэффициент дезактивации в зависи-
мости от вида оборудования и степени за-
грязнения достигает 15—1000, но, как уже
говорилось, имеет место неоднородный съем
металла по рельефу поверхности. Практика
показывает возможность использования
электролита в зависимости от загрязнения
дезактивируемых деталей до 10 раз.
Вневанный способ (с выносным элек-
тродом) заключается в создании на участ-
ке поверхности «микрованны», в кото-
рой и протекает электролиз. Дезактива-
цию осуществляют последовательным
перемещением «микрованны» по поверх-
ности. Недостатками этого способа яв-
ляются малая производительность, боль-
шие затраты ручного труда, низкое каче-
ство обработки поверхностей сложного
профиля, возможность повреждения на-
садок, возникновения короткого замыка-
Рис. 3.23. Ванна для дезактивации
оборудования электрохимическим
способом:
I — ванна; 2 — крышка ванны;
3 — сдувочная труба; 4 — паровой змеевик;
5 — ввод парового змеевика; 6 — дренажная
труба; 7— катод с клеммой для присоедине-
ния к детали (типа «Крокодил»)
ния и прижогов поверхности, высокие
дозовые затраты. Однако эти недостатки
окупаются высокой эффективностью
и универсальностью способа, сокращени-
ем объемов ЖРО, простотой удаления
локальных загрязнений.
Для дезактивации оборудования с вы-
носным электродом разработаны такие
устройства, в которых электролит цирку-
лирует или протекает. В первом случае
электрод имеет устройство для вакуум-
ного отсоса электролита из зоны обра-
ботки, что предотвращает его растекание
при работе. Циркуляция электролита осу-
ществляется с помощью водокольцевого
вакуумного насоса, сообщающегося с ем-
костью для электролита (рис. 3.24). Сле-
дует отметить, что при дезактивации обору-
дования с высоким уровнем радиоактив-
ного загрязнения циркуляция электролита
нецелесообразна, так как удельная актив-
ность его достигает от 10-2 до 10-3 Ки/
л. В таких случаях используют устрой-
ство с протоком электролита.
Устройства для электрохимической
дезактивации с ограниченной рабочей
зоной представляют собой гальваниче-
скую головку — камеру, устанавливаемую
на обрабатываемый участок и заполняе-
мую электролитом. Корпус ячейки (ка-
тод) отделен от обрабатываемой поверх-
ности (анода) кольцевой изолирующей и
герметизирующей прокладкой, которая
ограничивает зону обработки. Прижатие
головки к поверхности уменьшает рас-
ход электролита и сопротивление зазора.
Дезактивацию осуществляют с помо-
щью электролитов электрополирования;
плотность тока — 35...80 А/дм2, темпе-
ратура — 80... 120 °C, съем металла — до
20...30 мкм.
Однако устройства этого типа имеют
ряд недостатков: невысокую производи-
тельность; низкое качество обработки
поверхностей сложного профиля; возмож-
ность повреждения насадки, возникно-
вения короткого замыкания, приводящего
к прожогам поверхности, повреждению
прокладки. Часть приведенных недостат-
ков можно устранить, используя боль-
шое количество сменных насадок различ-
ной формы и более мощные электроли-
ты, а также введением в состав установ-
ки устройства рециркуляции электролита.
Рис. 3.24. Устройство для электро-
химической дезактивации поверх-
ностей с выносным электродом:
1 — выносной электрод;
2 — обрабатываемая поверхность;
3 — источник тока; 4 — линия
подачи электролита; 5 — линия
отсоса электролита; 6 — насос;
7 — бак для электролита
Другой интересной реализацией спо-
соба электрохимической дезактивации
с выносным электродом является процесс
электрохимической дезактивации ELPO
с использованием фосфорной кислоты,
разработанный фирмой KWU (ФРГ).
В этом процессе оксидные пленки, обра-
зовавшиеся на поверхностях оборудова-
ния реактора PWR, удаляются методом
анодного окисления, а пленки типа ге-
матита, характерные для условий реактора
BWR, обрабатываются в режиме измене-
ния полюсов: вначале путем катодного
восстановления, а затем — анодного окис-
ленйл. В лабораторных условиях полу-
чены коэффициенты дезактивации более
100. Фирмой разработаны системы элек-
тродов, приспособленные для обработки
деталей различных геометрических форм.
Гибкая электродная система была исполь-
зована для дезактивации участков U-образ-
ной формы в трубопроводах парогенера-
тора реактора PWR на АЭС «Библис»;
получены коэффициенты дезактивации
более 50.
В настоящий момент существуют на-
работки (Россия, Франция, Япония) по
созданию комплексов по дезактивации
оборудования на основе электрохимиче-
ской дезактивации. Их основным пре-
имуществами являются:
автономность, что позволяет эксплу-
атировать комплексы на промплощадках,
не оборудованных необходимыми инже-
нерными сетями;
модульный принцип формирования,
позволяющий реализовать гибкую тех-
нологию дезактивации в зависимости от
местных условий, особенностей оборудо-
вания и характера загрязнений;
возможность изготовления как в мо-
бильном, так и стационарном варианте;
получение вторичных отходов процес-
са дезактивации в минимальном объеме
и в кондиционированном виде, пригод-
ном для долговременного хранения и за-
хоронения.
В общем случае дезактивация должна
включать собственно дезактивацию, ре-
генерацию электролита, кондициониро-
вание вторичных отходов. Регенерация
кислых электролитов — процесс очень
сложный и поэтому в практике не ис-
пользуется. Ресурс кислых электролитов
определяется мощностью дозы излучения
от ванны или объемной активностью
электролита. После превышения конт-
рольного значения по одному из этих
показателей весь объем электролита на-
правляют на кондиционирование, при-
чем доля радионуклидов в объеме элект-
ролита незначительна. Это обусловлива-
ет образование большого количества вто-
ричных жидких отходов, которые долж-
ны быть кондиционированы после нейт-
рализации, что еще больше увеличивает
объемы вторичных отходов.
Регенерация нейтрально-слабощелоч-
ных электролитов может быть осуществ-
лена за счет периодической или непре-
рывной очистки электролитов от радио-
нуклидов методами фильтрации, селек-
тивной сорбции и др. В процессе ЭХД
радионуклиды с поверхности металла пе-
реходят в электролит. Такие радионукли-
ды, как 134’137 Cs в электролите находят-
ся в виде ионов, а а -нуклиды, ^Sr и ^Со
соосаждаются на образующемся в про-
цессе дезактивации гидроксиде железа.
Образование осадка гидроксида железа
обусловлено анодным растворением по-
верхности металла. Таким образом, задача
очистки электролита от радионуклидов
сводится к отделению осадка гидроксида
железа и извлечению радионуклидов
цезия методами фильтрации и селектив-
ной сорбции.
Количество вторичных радиоактивных
отходов при реализации такой схемы ре-
генерации электролита значительно
меньше, чем в случае использования кис-
лого электролита. Доля осадка определя-
ется количеством растворенного металла,
а доля отработавшего сорбента чрезвы-
чайно мала, так как сорбент селективно
извлекает из электролита радиоактивный
цезий, присутствующий в растворе в микро-
количествах.
Для электрохимической дезактивации
нержавеющих, низколегированных, угле-
родистых сталей и цветных металлов из-
вестно большое количество электролитов,
которые можно разделить по составляю-
щим компонентам на несколько групп: на
основе хлорной и уксусной кислот; серной
кислоты с неорганическими и органиче-
скими добавками; фосфорной кислоты
с добавками; смеси серной и фосфорной
кислот с различными добавками неорга-
нического и органического происхождения.
Электролиты на основе хлорной и ук-
сусной кислот нашли применение за ру-
бежом. В отечественной промышленнос-
ти такие электролиты не используют из-
за взрывоопасности, необходимости стро-
гого контроля над составом и режимом
полирования, применения высокого
напряжения (25—100 В), дефицитности хи-
микатов, повышенных требований к вы-
полнению правил техники безопасности.
Применение электролитов на основе
серной кислоты с добавками также огра-
ничено, поскольку процесс осуществля-
ется при больших плотностях тока (до
1000 А/дм2) и повышенной температуре,
но необходимое качество полирования не
всегда обеспечивается.
В практике отечественных и зарубеж-
ных предприятий наибольшее распрост-
ранение для полирования стальных из-
делий получили электролиты на основе
фосфорной и серной кислот. Отметим,
что введение в состав этих электролитов
в качестве добавки 5—25 % хромового
ангидрида расширяет их применение
и позволяет получать наиболее качествен-
ную поверхность изделий, однако из-за
токсичности и отсутствия эффективного
способа регенерации и обезвреживания
хромсодержащие электролиты не нахо-
дят промышленного применения.
Для некоторых марок сталей предло-
жены электролиты, содержащие до 2,5 %
ингибитора кислотной коррозии: БА-6,
БА-12, ПБ-5, ПБ-8/2, катапина А, ЧМ,
уротропина, КПИ-1, КПИ-2, И-1-Б
и различные их сочетания. Хромистые
стали с повышенным содержанием угле-
рода, например сталь ШХ15, после поли-
рования в сернофосфорном электролите
с ингибитором «Уникод МН-10» имеют
удовлетворительное качество поверхности.
Однако несмотря на улучшение ряда
свойств эти электролиты не получили
всеобщего признания.
Анализ электролитов, наиболее приме-
няемых в промышленности для дезакти-
вации нержавеющих, низколегированных
и углеродистых сталей, показал, что почти
каждому из них присущи определенные
недостатки. Наиболее типичные электро-
литы для электрохимической дезактива-
ции приведены в табл. 3.28.
Указанные растворы не являются
в полной мере универсальными; их эф-
фективность зависит от параметров уста-
новок дезактивации, вида обрабатываемого
материала и соблюдения технологического
режима. Поэтому в настоящее время для
конкретных материалов производят раз-
работку профильных электролитов.
Разработку электролитов для полиро-
вания цветных металлов ведут комбини-
рованием добавок с фосфорной кисло-
той. В известных электролитах, приме-
няемых для полирования меди, обычно
легко полируются ее сплавы (латуни,
бронзы). Наиболее распространены электро-
литы на основе ортофосфорной кислоты
с введением 4—6 % СгО3 или до 10 %
органической добавки (триэтаноламин,
молочная кислота и др.). Однако этим
электролитам присуши общие недостат-
ки: токсичность и трудность в обезвре-
живании, низкие устойчивость и рабо-
тоспособность, большая стоимость ис-
пользуемых добавок и их дефицитность.
Тугоплавкие металлы (тантал, ниобий,
титан), обладающие высокой пассивнос-
тью, обрабатывают в подавляющем боль-
шинстве в растворах, содержащих плави-
ковую кислоту или ионы фтора. Состав
электролитов для электрохимического по-
лирования тантала и его сплавов обычно
такой: 80—90 л H2SO4 и 10—15 л HF. Ти-
тановые сплавы эффективно полируются
только во фторсодержащих электролитах.
Применение в промышленных масштабах
уксусной и хлорной кислот исключается
из-за высокой взрывоопасности. Рекомен-
дуемый в качестве нелетучего, невзрыво-
опасного и негорючего электролит на ос-
нове этиленгликоля и плавиковой кисло-
ты имеет низкую электропроводность, что
требует применения выпрямителей высо-
кого напряжения (100—150 В).
Таким образом, существующие элек-
тролиты для электрохимического поли-
рования сталей, цветных, редких и ту-
гоплавких металлов и сплавов часто не
отвечают предъявляемым требованиям: не
обеспечивают необходимого качества по-
верхности, сложны в эксплуатации, при
крупномасштабном использовании про-
цесса требуют строительства дорогостоя-
щих установок регенерации и утилиза-
ции, нетехнологичны и экономически
невыгодны. В настоящее время открыва-
ются перспективы в разработке новых
электролитов и усовершенствовании из-
вестных благодаря применению в каче-
стве добавок ПАВ.
ПАВ влияют на образование вязкой
пленки, активирование и пассивирова-
ние анодного растворения металла при
Таблица 3.28. Наиболее типичные электролиты для электрохимической дезактивации
Материал Состав, мае. % Режим работы
Рабочая температу- ра, °C Диодная плотность тока, А/дм2 Напря- жение, В* Вьщержвд мин
Углеродистая сталь 65 % — ортофосфорная кислота, 15 % — серная кислота, 6 % — хромовый ангидрид, 14 % — вода 70-90 40-80 6-8 5-10
Аустенитная (нержавеющая) сталь 65 % — ортофосфорная кислота. 15 % — серная кислота, 5 % — хромовый ангидрид, 12 % — глицерин, 3 % — вода 45-70 6-7 4,5-6 4-30
Алюминий (сплавы) 65-70 % — ортофосфорная кислота, 8-10 % — хромовый ангидрид, 20-27 % вода 70-80 10-20 5
Дюралюминий (Д16-Т) 40 % — серная кислота. 45 % — ортофосфорная кислота, 3 % — хромовый ангидрид, 11 % — вода 60-80 30-40 15-8 2-4
Никель, никелевые покрытия 1200 г/л — серная кислота. 120-150 г/л — ортофосфорная кислота, 15-20 г/л — лимонная кислота 20-30 30-50 1
Полирование никеля 70 % — раствор серной кислоты 40 40 0.5
Медь (сплавы) а) 1200 г/л — ортофосфорная кислота. 120 г/л — хромовый ангидрид 6) однокомпонентный раствор ортофосфорной кислоты 20-30 18-25 35-50 0,8-1,6 0,5-2 10-20
различных потенциалах, изменение фи-
зико-химических свойств электролитов
в заданном направлении, механизм и ки-
нетику процесса электрохимического по-
лирования. Использование в качестве
ПАВ биологически нестойких веществ
помогает решать проблемы токсичности,
обезвреживания и экологии.
Электролиты с добавками ПАВ повы-
шают качество изделий и используются
в широких промышленных масштабах для
обработки разных изделий — от корпу-
сов искусственных клапанов сердца до
труб в атомной энергетике.
Улучшение технологичности процес-
са, изменение свойств электролитов, по-
вышение качества полирования, решение
ряда вопросов обезвреживания сточных
вод и интенсификации процесса при вве-
дении сравнительно небольших количеств
добавок ПАВ в состав электролитов обу-
словило резкое увеличение новых разра-
боток в этой области.
ПАВ являются дифильными соедине-
ниями, состоящими из гидрофобной и гид-
рофильной частей. К особенностям ПАВ
относятся способность понижать поверх-
ностное и межфазное натяжение в резуль-
тате адсорбции и ориентации молекул на
поверхности раздела фаз, образование
мицелл выше определенной концентрации
ПАВ вследствие понижения свободной
энергии системы и солюбилизации водо-
нерастворимых веществ мицеллами.
Наиболее подробно изучено действие
ПАВ на процесс катодного выделения
металлов, однако в последние годы не
меньшее применение добавки ПАВ на-
ходят в анодных процессах.
Существуют две теории, объясняющие
механизм действия ПАВ: теория комп-
лексообразования и адсорбционная тео-
рия. Адсорбционной теорией объясняет-
ся влияние добавок ПАВ на кинетику
анодного растворения металла. Адсорби-
руясь на активных участках поверхности
анбйа, добавки ПАВ тормозят их раство-
рение. При этом наблюдается возникно-
вение и увеличение анодной поляриза-
ции. В ряде случаев возможно образова-
ние сплошной адсорбционной пленки
ПАВ, тормозящей процесс. Участки ад-
сорбции и десорбции в процессе анодно-
го растворения металла периодически
перераспределяются.
Если на металле в процессе электро-
химического полирования образовалась
сплошная адсорбционная пленка, то ли-
митирующей стадией электродной реак-
ции становится проникновение ионов
растворяющегося металла через слой ПАВ.
В каждом отдельном случае примене-
ния ПАВ необходимо учитывать область
изменения значений потенциала. Если по-
тенциал полируемого металла в электролите
находится в области положительных зна-
чений, выбор следует остановить на
анионоактивных добавках. Если же про-
цесс протекает со смещением потенциала
в сторону отрицательных значений, требу-
ется применение катионоактивных доба-
вок. Неионогенные ПАВ применяют при
нахождении металла в области нулевых зна-
чений потенциала. Влияние природы ПАВ
обусловлено их специфической химиче-
ской структурой, а влияние концентрации
ПАВ — величиной адсорбции и критиче-
ской концентрацией мицеллообразования.
Введение в электролит ПАВ обеспе-
чивает полную смачиваемость поверхно-
сти металла при электрохимическом по-
лировании. Это исключает возможность
избирательного съема металла по поверх-
ности и появления дефектов. Краевой
угол смачивания подвергающихся элек-
трохимическому полированию металлов
в электролитах с добавкой ПАВ практи-
чески равен нулю.
В зависимости от природы и концен-
трации добавки ПАВ она может стиму-
лировать растворение металла или быть
ингибитором.
Эффективность электрохимической
дезактивации с позиций удаления
радионуклидов зависит от параметров,
характеризующих этот способ: плотнос-
ти тока, знака потенциала, подаваемого
на обрабатываемую поверхность, времени
обработки, шероховатости обрабатывае-
мой детали и др. В общем виде коэф-
фициент дезактивации при увеличении
времени обработки и плотности тока воз-
растает, но, естественно, до определен-
ных пределов. На рис. 3.25 в качестве
примера показана зависимость коэффи-
циента дезактивации металлических
поверхностей, загрязненных 204Т1, в ра-
створе 0,2 н. HNO3 от времени пропус-
кания тока. Наибольший коэффициент
дезактивации имеет место, когда электро-
литическая дезактивация происходит в те-
чение 2 мин.
Результаты исследования электроли-
тической дезактивации в воде поверхнос-
тей кислотоупорной стали, загрязненной
^Со, в зависимости от обработки повер-
хностей (загрязненная поверхность слу-
жила анодом, плотность тока 2,8 мА/см2)
приведены в табл. 3.29.
Из табл. 3.29 видно, что за 1 мин воз-
действия электрического тока с поверх-
ностей, подвергшихся шлифовке и по-
лировке, удаляется значительно больше
радиоактивных веществ, чем с необрабо-
танных. Лучше других дезактивируется
полированная поверхность.
Зависимость коэффициента дезакти-
вации электролитическим способом от
количества циклов загрязнение — дезак-
тивация показана в табл. 3.30 (время де-
зактивации 2 мин). При росте количе-
ства циклов преимущество шлифованных
и полированных поверхностей не столь
Рис. 3.25. Зависимость коэффициента
дезактивации металлических
поверхностей, загрязненных 2О4Т1,
в растворе 0,2 н. HNO3 от времени
пропускания тока и плотности тока
существенно. Тем не менее, предпочте-
ние следует отдать шлифованным поверх-
ностям, для которых даже после трех
циклов получен наибольший коэффици-
ент дезактивации.
В зависимости от условий загрязне-
ния, свойств обрабатываемой поверхно-
сти и жидкой среды, а также параметров,
характеризующих электролитический
способ дезактивации, проводят анодную
или катодную обработку.
Катодная дезактивация в воде менее
эффективна, чем анодная. Коэффициент
дезактивации в результате катодной об-
работки на 20 % ниже анодной. Значения
для стальных поверхностей в растворе
0,2 н. H2SO4 в случае анодной и катод-
ной обработки представлены в табл. 3.31.
И при анодной, и при катодной обработ-
ке шлифованных и полированных поверх-
ностей в 0,2 н. растворе H2SO4 достигает-
ся достаточный коэффициент дезакгива-
Таблица 3.29. Коэффициент дезакти-
вации необработанных и обработанных
поверхностей
Поверхность Время дезактивации, мин
1 2 20 110
Необработанная 6 8 14 25
Шлифованная 50 67 77 100
Полированная 67 100 ОО ОО
Таблица 3.30. Зависимость коэффици-
ента дезактивации от количества циклов
загрязнение — дезактивация
Поверхность Количество циклов загрязнение — дезактивация
1 2 3
Необработанная 8 8 3
Шлифованная 67 17 15
Полированная 100 5 4
ции, но все же преимущества имеет ка-
тодная обработка.
Эффективность анодной и катодной
обработки растет с увеличением времени
дезактивации. Так, при увеличении вре-
мени дезактивации с 1 до 20 мин для
четырех циклов загрязнение — дезакти-
вация коэффициент дезактивации не-
обработанной стальной поверхности при
анодной дезактивации увеличивается с 22
до 507 а при катодной — с 50 до 500
(табл. 3.32).
Преимущества катодной обработки по
сравнению с анодной сохраняются при
увеличении количества циклов загрязне-
ние — дезактивация. Сопоставляя дан-
ные табл. 3.29 и 3.30, необходимо отме-
тить следующую закономерность: коэф-
фициент дезактивации при анодной об-
работке резко снижается с увеличением
количества циклов загрязнение — дез-
активация, а при катодной практически
не зависит от этого параметра.
Зависимость эффективности электро-
литического способа дезактивации от кон-
фигурации обрабатываемых поверхностей
можно проиллюстрировать на примере
цилиндрической поверхности (табл. 3.33).
Как следует из приведенных данных,
даже при одной и той же силе тока про-
исходит неравномерная дезактивация ци-
линдрической поверхности. Дно цилин-
дра обрабатывается эффективнее, чем се-
редина и особенно верхняя часть образу-
ющей цилиндрической поверхности.
Многочисленные исследования пока-
зывают, что в зависимости от положения
изделия в ванне изменяется и режим дез-
активации. Неравномерность распределе-
ния тока обусловливает несоответствие
потенциала на отдельных участках поверх-
ности оптимальным значениям, требуе-
мым для нормального хода процесса дез-
активации, что и приводит к неравномер-
ным коэффициентам дезактивации.
Эффективность электролитической
дезактивации зависит также от того, ка-
кими изотопами загрязнена поверхность.
На рис. 3.26 приведены коэффициенты
дезактивации в 0,1 н. растворе HNO3 при
плотности тока 50 мА/см2 и анодном спо-
собе в случае загрязнения поверхностей
137Cs, ^TIh^Co.
Как видим, при загрязнении этими изо-
топами обеспечивается достаточная эффек-
тивность дезактивации. При загрязнении
Таблица 3.31. Коэффициент дезактива-
ции стальных поверхностей при анодной
(в числителе) и катодной (в знаменателе) об-
работке после четырех циклов загрязнение —
дезактивация
Стальная поверхность Время дезактивации, мни
1 2 7 20
Необработанная 17 112 20 200 29 250 40 250
Шлифованная 4 285 5 330 7 500 11 1000
Полированная 12 500 12 670 14 1000 17 1200
Таблица 3.32. Коэффициент дезактива-
ции стальных поверхностей при анодной
(в числителе) и катодной (в знаменателе) об-'
работке в зависимости от времени дезакти-
вации
Стальная поверхность Время дезактивации, мин
1 2 7 20
Необработанная 22 50 33 125 46 250 50 500
Шлифованная 67 330 83 83 100 200 110 1000
Полированная 500 500 500 670 1000 1000 -
Таблица 3.33. Коэффициент дезактивации
по частям цилиндрической поверхности
Часть поверхности цилиндра Время обработки, мии
50 65
Верх 10 34
Середина 50 140
Дно 100 170
коэффициента дезактивации
от времени наложения тока
(50 мА/см2) и вида изотопа
поверхности изотопами l06Ru, 124Sb и
1311 коэффициент дезактивации повы-
шается с ростом плотности тока с 50
до 100 мА/см2.
К преимуществам электрохимическо-
го метода дезактивации относятся высо-
кое значение Ад, повышение качества
поверхности, возможность удаления ло-
кальных загрязнений, простота контроля
процесса. К недостаткам — трудности с
переработкой вторичных отходов, особен-
но при использовании электрохимиче-
ских ванн; образование большого коли-
чества вторичных РАО, водорода и за-
грязненных кислотных аэрозолей; высо-
кая стоимость (в большинстве случаев);
необходимость в высококвалифицирован-
ном персонале для эксплуатации элект-
рохимической установки; повторное за-
грязнение материала электролитами; не-
применимость для материалов, имеющих
изолированную поверхность, например
для окрашенных поверхностей.
Глава 4. ФИЗИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ
Физические (или механические) спо-
собы дезактивации основаны на физиче-
ском удалении радиоактивных загрязне-
ний с поверхности с помощью различных
механических средств или физических
явлений. Основным недостатком боль-
шинства этих способов является возмож-
ность образования большого количества
пыли, аэрозолей, испарений, большого
количества твердых и жидких отходов,
необходимость в доступности поверхно-
сти дезактивируемого оборудования. Ис-
пользование некоторых из этих способов
связано также с возможным облучением
персонала.
Способы физической дезактивации
могут рассматриваться в качестве очист-
ки поверхности без использования хи-
мических реагентов. Физическая дезак-
тивация применяется отдельно от хими-
ческой дезактивации, одновременно с ней
или же после нее на любой поверхности
и дает высокий коэффициент дезакти-
вации, особенно в сочетании с химиче-
скими способами. Для дезактивации по-
ристых поверхностей физическая обра-
ботка является лучшим вариантом из всех
возможных.
Совершенствование способов физиче-
ской очистки направлено на создание уст-
ройств, оборудованных системами ваку-
умной очистки и сбора отходов в герме-
тичные емкости для последующего уда-
ления или применения их дистанционно.
4.1. АБРАЗИВНЫЕ СПОСОБЫ
Среди механических способов очист-
ки поверхностей наиболее производитель-
ны абразивные способы: виброабразив-
ная очистка, пневмоабразивная (песко-
струйная очистка, очистка косточковой
крошкой), гидроабразивная и пароабра-
зивная. К достоинствам абразивных спо-
собов, кроме высокой производительности,
относятся универсальность (примени-
мость практически для всех видов матери-
алов) и высокие коэффициенты дезакти-
вации простых поверхностей.
Обычно абразив — металлическая или
стеклянная дробь, песок или подобное ему
минеральное вещество — подается со сжа-
тым воздухом или водой под давлением.
В зависимости от выбора абразива и ра-
бочего давления, эти способы могут при-
меняться для очистки как слабофиксиро-
ванных загрязнений, так и оксидных пле-
нок. Абразивная обработка применяется
также для очистки металлических поверх-
ностей, имеющих защитное лакокрасоч-
ное покрытие или осадочные загрязнения.
При абразивной обработке часть абра-
зивной среды разрушается, приходит
в негодность (вторичные отходы), одна-
ко другая часть может использоваться,
в среднем, до 30 раз. Образующиеся от-
ходы состоят из частиц удаленного по-
верхностного слоя и разрушившейся аб-
разивной среды, которые часто утилизи-
руют вместе. Во многих случаях компо-
ненты и детали, прошедшие абразивно-
струйную обработку, нужно мыть и чис-
тить, чтобы удалить с них абразивную
среду и частицы поверхностного слоя.
Эффективность абразивного способа за-
висит от давления струи и угла наклона
ее к поверхности; оптимальный угол на-
клона составляет 35—40°.
Виброабразивная очистка — очистка
поверхностей деталей свободным абрази-
вом — основана на свободном взаимном
перемещением рабочей среды (абразива)
и поверхности детали под воздействием
вибрации рабочей камеры, в которой рас-
положены детали и абразив (рис. 4.1).
Указанный способ очистки имеет два су-
щественных недостатка: невозможность
очистки участков поверхностей детали,
сопрягаемых под углами (из-за наличия
радиусов закругления абразивных час-
тиц), и неконтролируемый съем металла.
Пневмоабразивный способ использует
энергетические возможности твердых аб-
разивных частиц (песка, электрокорунда
и т. д.), разгоняемых до высоких скорос-
тей (50... 100 м/с) газовым потоком, и поз-
воляет очищать поверхности практически
от всех типов загрязнений. Однако, на-
ряду с высокой производительностью про-
цессов очистки, пневмоабразивный спо-
соб имеет достаточно серьезные недостат-
ки, прежде всего касающиеся отрицатель-
ного воздействия непосредственно на
очищаемые поверхности и опасности
пыли, образующейся при дроблении аб-
разивных частиц, на организм человека.
Мелкодисперсные пылевые частицы и про-
дукты очистки являются интенсивным
источником загрязнения рабочей зоны
и окружающей среды. Поэтому, с целью
предотвращения попадания частиц в ра-
бочую зону, установки для пневмоабра-
зивной очистки изготавливают с замкну-
тым циклом подачи абразивных частцц.
Отметим, что до настоящего времени пнев-
моабразивная очистка относится к вред-
ным условиям производства.
К основным отрицательным воздей-
ствиям на очищаемые поверхности отно-
сятся их шаржированность (внедрение аб-
разивных частиц в поверхность), наличие
поверхностного наклепа металлических
деталей, интенсивное образование корро-
зии на поверхности металлов, включая
и коррозионностойкие стали. Кроме того,
пневмоабразивный способ невозможно
использовать для очистки поверхностей со
значительными жировыми загрязнениями,
так как абразивные частицы с остатками
масла прилипают к стенкам воздушной
транспортирующей магистрали, перекры-
вая ее сечение, а при попадании на очи-
щаемую поверхность вновь загрязняют ее.
Косточковая крошка в качестве абра-
зивных частиц позволяет очищать поверх-
ности деталей со значительно меньшим
отрицательным воздействием на них.
Естественно, производительность процес-
са очистки косточковой крошкой ниже
по сравнению с другими абразивными
способами. Однако в некоторых случаях,
например, при удалении старой краски,
некоторых видов нагарообразований, за-
щитных и декоративных покрытий, эф-
фективность и качество очистки поверх-
ностей деталей пневмоабразивным спо-
собом с использованием косточковой
крошки удовлетворительны.
Общий и достаточно существенный не-
достаток пневмоабразивных видов очистки
(при использовании песка, косточковой
Рис. 4.1. Установка для очистки,
использующая абразивные порошки
крошки, электрокорунда и др.) — воз-
можность попадания абразивных частиц
во внутренние технологические полости
деталей (каналы, отверстия, пазы и т. д.).
Процесс извлечения частиц из таких по-
лостей требует выполнения довольно
сложных (дополнительных) технологи-
ческих операций. В большинстве случаев
извлечение абразивных частиц из полос-
тей деталей, например из охлаждающих
каналов рабочих лопаток газовых турбин,
вообще невозможно. Указанный недоста-
ток в значительной степени сужает воз-
можности использования указанных спо-
собов очистки для деталей и оборудова-
ния, имеющих внутренние полости.
Гидроабразивные способы. Примене-
ние в качестве энергоносителя абразив-
ных частиц водяной струи позволяет
устранить такой существенный недоста-
ток^характерный для пневмоабразивных
способов очистки, как наличие пыли
(в сухом, т. е. наиболее опасном виде),
значительно уменьшить степень шаржи-
рованности и глубину наклепа поверх-
ностей, а также дает возможность полу-
чать более высокий класс шероховатости
поверхности. При этом снижение произ-
водительности очистки гидроабразивными
способами по сравнению с пескоструйны-
ми на 10...20 % компенсируется снижени-
ем вредных производственных факторов
и существенно меньшим отрицательным
воздействием абразивных частиц на обра-
батываемую поверхность детали.
Различают два вида абразивных вод-
ных струй:
1) абразивно-инжекционную (abrasive
water injection jet — AWIJ), при созда-
нии которой сухой абразив в специаль-
ной инжекционной камере добавляется
к воде, уже находящейся под высоким
давлением;
2) абразивно-суспензионную (abrasive
water suspension jet — AWSJ), при образова-
нии которой два компонента — вода и аб-
разивная суспензия, находящиеся под вы-
соким давлением, — смешиваются вместе.
Недостатками технологии AWU явля-
ются рассеивание большой часта энергии
внутри инжекционной камеры и раство-
рение воздуха в воде под высоким дав-
лением. При выходе абразивной водной
струи из сопла воздух высвобождается,
вспенивает струю, что ведет к наруше-
нию ее целостности. При использовании
технологии AWSJ требуются более вы-
сокие финансовые затраты из-за более
дорогостоящего оборудования.
Гидроабразивная обработка обеспе-
чивает удовлетворительную дезактива-
цию, удаление ржавчины, краски и ме-
нее повреждает поверхность, чем сухой
абразивный обдув. Интенсивность об-
работки зависит от содержания абрази-
ва в смеси; наиболее эффективны сус-
пензии с содержанием абразива около
50 % (по массе). При гидроабразивной
обработке можно добиться удаления
с поверхности слоя толщиной не более
25 мкм.
Один из параметров, влияющих на
производительность процесса очистки, —
скорость гидроабразивной струи. Повы-
шение скорости гидроабразивной струи
и производительности промышленных
установок достигается за счет использо-
вания специальных высоконапорных
гидравлических насосов. Расход гидро-
абразивной струи в установках с пневма-
тическим эжектором (с пневматическим
разгоном гидроабразивной струи) состав-
ляет от 5 до 50 л/мин, а в установках
с комбинированной схемой ускорения
струи (гидравлическим насосом и сжа-
тым воздухом) — от 100 до 1000 л/мин.
Использование гидравлических насосов
требует как дополнительных энергетиче-
ских, так и финансовых затрат из-за
малых сроков службы деталей насоса,
работающих в абразивной среде.
Установки для гидроабразивной очи-
стки в связи с большим расходом жид-
кости имеют замкнутый цикл использо-
вания гидроабразива, что снижаем воз-
можности широкого применений гидро-
абразивной очистки вне рабочих камер
установок.
Гидроабразивная очистка может от-
рицательно влиять на поверхностные
слои металла обрабатываемой детали,
создавая в них остаточные напряжения
до 400 МПа с глубиной залегания до
30...50 мкм и обусловливая возможность
появления остаточного волнового рель-
ефа на поверхности металлов за счет
энергетического воздействия гидроабра-
зивной струи. Кроме того, использова-
ние воды в качестве энергоносителя аб-
разивных частиц существенно снижает
возможности очистки деталей с отвер-
стиями, пазами, каналами и лабиринта-
ми: высокое гидравлическое сопротив-
ление воды приводит к резкому умень-
шению скорости абразивной струи при
попадании ее в указанные полости, а па-
дение скорости струи вызывает сниже-
ние энергетических параметров очистки
и способствует осаждению абразивных
частиц в полостях отверстий. Как и при
пескоструйной очистке, удаление остат-
ков абразивных частиц из внутренних
полостей деталей связано с выполнени-
ем сложной дополнительной технологи-
ческой операции.
Указанные недостатки ограничивают
возможность использования гидроабра-
зивной очистки в технологических про-
цессах дезактивации.
Пароабразивный способ дезактивации
и очистки заключается в подаче на об-
рабатываемую поверхность абразива
Рис. 4.2. Схема пароабразивной
установки
с помощью насыщенного водяного пара
под давлением (рис. 4.2). Смесь водя-
ного пара с абразивом позволяет уда-
лять ржавчину, лакокрасочные и эпок-
сидные покрытия вместе с радиоактив-
ными загрязнениями и проводить дез-
активацию бетона, кирпича, штукатурки,
кафеля.
На эффективность дезактивации вли-
яют несколько факторов: давление на-
сыщенного водяного пара, соотношение
массовых расходов пара и абразива, дис-
персность абразива, расстояние от поверх-
ности до сопла, угол наклона струи к об-
рабатываемой поверхности.
Данный способ достаточно эффекти-
вен, н^, во-первых, дает большое коли-
чество радиоактивных отходов в виде
пульп, что затрудняет переработку тако-
го вила РАО, а во-вторых, энергозатра-
тен, так как используется горячий пар
(не менее 70 кг/ч).
4.2. СТРУЙНЫЕ СПОСОБЫ
Вода служит универсальным средством
дезактивации, позволяющим растворять
химические вещества и очищать с помо-
щью струйной промывки гладкие поверх-
ности любых материалов от загрязнения.
Для увеличения эффективности очистки
можно повысить температуру воды, при-
менить моющее средство (для жирных
и маслянистых поверхностей) или исполь-
зовать воду под давлением. Эффектив-
ность водной промывки тем выше, чем
меньше время нахождения загрязнения на
поверхности. Вода малоэффективна при
очистке старых, а также химически свя-
занных с поверхностью загрязнений,
и практически неэффективна при удале-
нии оксидов тяжёлых металлов, карбона-
тов и силикатов.
Способ дезактивации струёй воды до-
ступен и широко применяем при дезак-
тивации оборудования, участков местно-
сти с твердым покрытием, транспортных
средств. Его эффективность зависит от
структуры струи, расхода воды и напора
(давления) перед насадкой, генерирую-
щей водную струю. Струя воды может
быть сплошной или разделенной на от-
дельные компактные струйки, а также
иметь капельное строение, которое воз-
никает в результате распада струи или
создается искусственно.
Только первые порции воды непо-
средственно воздействуют на обрабатыва-
емую поверхность, удаляя при этом лишь
поверхностные загрязнения. Затем струй-
ки и капли сливаются, образуя водную
пленку. Последующие порции воды дей-
ствуют уже на эту пленку и заставляют
ее двигаться с определенной скоростью.
Движущаяся пленка воды удаляет за-
грязнения и с той части поверхности, ко-
торая находилась вне зоны первоначаль-
ного контакта со струёй, и транспорти-
рует находящиеся в ней радиоактивные
загрязнения за пределы обрабатываемой
поверхности. Скорость движения плен-
ки должна быть такой, чтобы предотвра-
тить оседание радиоактивных загрязне-
ний, в противном случае может произой-
ти вторичное загрязнение уже обеззара-
женной поверхности.
Способ основан на способности на-
правленной под давлением струи воды
за счет ее гидравлического и термиче-
ского действия удалять с поверхности дис-
персные загрязнения и окалину. Эффек-
тивность очистки зависит от энергии уда-
ра струи, т. е. от ее скорости и давления.
Гидродинамическую мощность струи
определяют по формуле
1 _1
Г = 3,95о2р 2 ±2%,
где V— скорость воды в струе перед по-
верхностью, м/с; ст — сила сцепления
единицы площади загрязнения с очища-
емой поверхностью, Н/м2; р — плотность
воды, кг/м3.
Для проявления скалывающего дей-
ствия необходима высокая скорость
струи — 20...25 м/с. С уменьшением рас-
стояния от поверхности возрастают дав-
ление струи на поверхность и эффектив-
ность дезактивации. Оптимальный угол
наклона струи к поверхности равен 30—45°.
Температура воды играет менее суще-
ственную роль, но из-за потерь тепла
в струе она должна состаатять около 80 °C.
Водоструйный способ применяют для
дезактивации стен зданий, корпуса реак-
тора, внутренних и наружных поверхно-
стей резервуаров, контейнеров и т. п.
Потоком горячей воды под давлением
дезактивируют парогенераторы, теплооб-
менники и др. При дезактивации стен
здания от аэрозольных загрязнений струей
воды (производительность 0,4—1,9 м3/мин,
расход примерно 38 л/м2) значение Ка
изменяется от 17 до 67. Водоструйная
обработка внутренних поверхностей ем-
кости для хранения ЖРО (производитель-
ность 0,12—0,2 м3/мин, расход 15 л/м2)
менее эффективна: = 2,5<3,3.
Для очистки поверхностей изделий в за-
висимости от их геометрических размеров
и вида загрязнений могут использоваться
гидравлические струи с давлением в диа-
пазоне от 0,05 до 50 МПа. Интенсифика-
ция процессов очистки осуществляется
введением ПАВ в рабочую жидкость или
использованием в качестве рабочих жидко-
стей водных растворов ТМС.
К недостаткам можно отнести высокие
энергетические затраты на очистку и проб-
лему экологической чистоты производства.
В зависимости от типа моечных машин
для дезактивации требуется от 20 до 200 м3
моющего раствора, утилизация которого
технически сложна и требует значитель-
ных материальных затрат. Если в комп-
лект моечной машины входит установка
для регенерации моющего раствора (или
они подключены автономно), энергетиче-
ские затраты соответственно возрастают.
Постоянное развитие техники привело
к созданию разнообразных технологий очи-
стки, так или иначе устраняющих эти не-
достатки; на основных таких технологиях
остановимся более подробно.
Очистка струёй воды под давлением до
5 атм. Для реализации этой технологии
Рис. 4.3. Принципиальная технологическая схема установки «Тайфун»:
/ - насос; 2 — шланг водоотливной; 3 — шланг всасывающий; 4 — водосборник; 5 — подставка;
6 — приставка; 7 - удлинитель; 8 — наконечник; 9 — переходник; 10 — разъем; 11 — муфта
существуют три типа установок: стацио-
нарные, передвижные, переносные.
Стационарные установки в простей-
шем случае представляют собой ёмкость
с дезактивирующим раствором, к кото-
рой подключен насос. Место проведе-
ния дезактивации должно быть обору-
довано трапом спецканализации. Уста-
новки могут оснащаться узлом подогрева
и перемешивания растворов. Использу-
ются для проведения предварительной
дезактивации, удаления слабофиксиро-
ванных загрязнений, обезжиривания
поверхности. Их преимущества заклю-
чаются в простоте конструкции, не-
достатки — в больших расходах дезакти-
вирующих растворов и малом коэффи-
циенте дезактивации.
Передвижные установки в общем слу-
чае представляют собой узел подачи дез-
активирующих растворов (бак дезакти-
вирующих растворов, насос) и узел сбо-
ра отработанных дезрастворов (дезраство-
ры могут использоваться несколько раз).
Одна из таких установок («Тайфун») для
дезактивации на местах, где отсутствует
возможность сбора отработанных раство-
ров, была разработана для ликвидации
последствий аварии на Чернобыльской
АЭС в 1986 г. (рис. 4.3).
Работа установки основана на мно-
гократном воздействии на загрязнения
интенсивным воздушно-жидкостным
потоком и дальнейшей вакуумной убор-
ке отработанного дезактивирующего
раствора.
С 1986 по 1990 гг. данные установ-
ки использовались для дезактивации
промышленной площадки и энергобло-
ков Чернобыльской АЭС, г. Припять,
г. Чернобыль; с их помощью дезакти-
вировано более 250 000 м2.
Достоинства — высокая мобильность,
отсутствие специальных условий для про-
ведения дезактивации (спецканализация),
простота использования, низкий расход
раствора. Недостатки — относительно
малые коэффициенты дезактивации, ма-
лая надежность систем, низкая произво-
дительность, высокие дозовые нагрузки.
Переносные установки струйной дезак-
тивации представляют собой бачок с дез-
раствором и распылитель. Принцип дей-
ствия заключается в том, что в бачок с
дезраствором закачивается воздух под
давлением, который вытесняет дезраствор
через распылитель на обрабатываемую
поверхность. Достоинства установки —
высокая мобильность, простота исполь-
зования. Недостатки — низкий коэффи-
циент дезактивации, низкая производи-
тельность, необходимость в применении
специальных мер по удалению дезраство-
ра из зоны дезактивации, высокие дозо-
вые нагрузки.
Очистка струёй воды под давлением от
5 до 50 атм. Эта технология осуществля-
ется двумя типами установок: стационар-
ными и передвижными. Стационарные
по своему конструктивному составу прак-
тически не отличаются от стационарных
установок очистки под давлением до
5 атм, но в целях безопасности должны
оборудоваться боксами и системами спец-
вентиляции для проведения дезактива-
ции. В силу своей сложности получили
малое распространение. Преимущество
данных установок по сравнению с уста-
новками до 5 атм — более высокий коэф-
фициент дезактивации, в отдельных слу-
чаях до нескольких сотен. Недостатки —
сложный комплекс сопутствующих соору-
жений, большое количество отработанных
растворов, большое энергопотребление.
В состав передвижных установок вхо-
дят высоконапорный насос, распылитель-
ное устройство с комплектом насадок, ба-
чок для дезраствора или штуцер для под-
соединения к линии воды, собранные
обычно на единой передвижной платфор-
ме с электрическими, бензиновыми или
дизельными двигателями. Установки в ос-
новном используются для дезактивации
крупногабаритного оборудования на ме-
сте: стен, потолков, трубных проходок,
внутритрубных пространств, колодцев
и т. д. Преимущества — мобильность, вы-
сокие коэффициенты дезактивации тре-
щин, каверн, полостей. Недостатки —
высокое энергопотребление, большие рас-
ходы дезактивирующих растворов, не-
обходимость учета специальных мер по
удалению отработанных растворов.
Существует большое количество про-
изводителей (одна из них — фирма
OERTZEN, табл. 4.1) передвижных плат-
форм, которые могут применяться для
дезактивации, хотя их основное назначе-
ние — мойка автотранспорта, стен, очист-
ка территории и т. д.
Высокоскоростной водоструйный про-
цесс. В этой технологии для удаления
загрязненного материала используются
водяные струи сверхзвуковой скорос-
ти. Кинетическая энергия таких реак-
тивных струй вызывает растрескивание,
раскалывание, разрушение материала
в зависимости от механизма ударного
воздействия. Реактивная струя создает-
ся при помощи выпускного устройства,
изготовленного из сапфиро- или алмазо-
подобного материала с отверстиями,
Таблица 4.1. Характеристики основных передвижных установок высокого давления
фирмы OERTZEN
Марка установки Тип двигателя Производительность, л/ч Давление (бар)/ мощность (кВт)
312 Profi Электрический 620 170/3,5
240 Е 1380 230/8.9
300 Е 1320 300/12,5
380 Е 1460 380/16,6
500 Е 1620 500/24,5
240 Mobil Бензиновый 1020 240/14
300 Mobil 1440 280/18
500 D 1620 500/41
полученными лазерным сверлением. Ди-
аметр отверстий — от 0,05 до 0,5 мм.
Давление, необходимое для создания
скорости струи 500—1000 м/с, составляет
150—400 МПа. Длина выпускного сопла
может различаться примерно на ±10 мм;
расстояние эффективного воздействия
струи не может превышать определен-
ной величины (обычно это примерно
175-кратный диаметр сопла). Поскольку
такая реактивная струя должна направ-
ляться с высокой точностью, ручное
управление исключается. В зависимости
от геометрии очищаемого компонента
или детали, в одном сопле монтируется
одно или более выпускных отверстий.
Из-за весьма малого диаметра водяной
струи скорость удаления материала при
работе с одним соплом низка. На боль-
ших плоских поверхностях для повы-
шения скорости процесса могут приме-
няться вращающиеся сопла. Чтобы исклю-
чить неравномерный съем материала
в результате неравномерных периодов
воздействия и простоя вращающегося
сопла, в нем делают несколько выпуск-
ных отверстий.
Высокоскоростной реактивной водя-
ной струей можно удалять загрязнен-
ный материал с компонентов и дета-
лей, изготовленных из бетона, органи-
ческих веществ, некоторых металлов
и керамики.
Большой практический опыт полу-
чен в области удаления термически на-
пыленных покрытий. Цельные (сплош-
ные) металлические конструкции в ос-
новном не повреждаются сверхзвуко-
вой реактивной струей воды.
Общий недостаток данной техноло-
гии — высокие экономические затраты.
Гидромониторы дезактивационные.
Применяются для механизированной дез-
активации емкостей, емкостного обору-
дования и производственных помещений.
Эффективность дезактивации с помощью
этих устройств объясняется химическим
воздействием десорбирующего раствора
Рис. 4.4. Гидромонитор самоприводной дезактивационный ГМ-200
и механическим воздействием компакт-
ной струи, а также постоянной сменой
десорбирующего раствора на очищаемой
поверхности.
В качестве дезактивирующих раство-
ров в гидромониторах применяют горя-
чую воду или моющие десорбирующие
растворы, включая слабые растворы кис-
лот и щелочей. Гидромонитор обеспечи-
вает с одной установки дезактивацию
поверхностей, находящихся в сфере от
точки подвески с радиусом до 6 м.
Дезактивационные гидромониторы
подразделяются в зависимости от вида
используемой энергии на самоприводные
(использующие энергию потока дезакти-
вирующего раствора, рис. 4.4) и элект-
ромеханические (использующие электро-
приводы).
Основные параметры дезактивацион-
ных гидромониторов:
Расход дезактивирующего
раствора, м-'/ч.................. 0,5-20
Давление дезактивирующего
раствора на входе
в гидромонитор, МПа......... Не менее 0,3
Температура
дезактивирующего
раствора, °C................ Не более 95,0
Максимально допустимый
размер твердых частиц
в дезактивирующем
растворе, мм.............. Не нормируется
Скорость перемещения струи
дезактивирующего раствора
по поверхности, м/с......... Не более 2,0
Минимальные значения углового сме-
щения струи дезактивирующего раствора
за один оборот гидромонитора, расстояние
Рис. 4.5. Вихревая головка для дезактивирующего
раствора
от оси вращения гидромонитора до по-
верхности, время однократной обработ-
ки поверхности струёй дезактивирующе-
го раствора, габариты, масса зависят от
марки гидромонитора.
В настоящий момент активно разра-
батываются устройства для дезактива-
ции, подобные гидромониторам, но на
основе вихревых потоков и вихревых
моющих головок, позволяющие прово-
дить очистку плоских и криволиней-
ных поверхностей с радиусом до 6000 мм
и производительностью до 3 м2/мин.
Отличительной особенностью данных
устройств по сравнению с гидромони-
торами является то, что дезактивируе-
мые поверхности орошаются за счет за-
вихрения дезактивирующего раствора
(в гидромониторах орошение очищаемой
поверхности дезактивирующим раство-
ром достигается за счет конструкции
гидромонитора). Для завихрения ис-
пользуются специальные вихревые го-
ловки (рис. 4.5).
Установка для дезактивации с исполь-
зованием вихревых головок (рис. 4.6)
может представлять собой комплекс,
состоящий из аппаратов для подготовки
дезактивирующего раствора, устройства
для дезактивации, аппаратов для удале-
ния загрязненного раствора из обмывае-
мой емкости, а также его очистки для
дальнейшего использования.
Само дезактивирующее устройство —
головка с четырьмя тангенциальными
соплами со штангой для подачи дезакти-
вирующих растворов. Устройство вводят
через горловину (люк) аппарата; при по-
мощи телескопической штанги оно мо-
жет перемещаться со дна по всей высоте
аппарата. Вытекающие турбулизирован-
ные из сопел струи с Re = (3,5^4,0) • 104
образуют на стенках аппарата и его дни-
ще вихревой поток дезактивирующей сре-
ды, что способствует эффективной отмыв-
ке внутренней поверхности аппарата.
Преимущества гидромониторов —
автоматизация процесса дезактивации,
возможность многократной смены дез-
активирующих растворов в процессе
дезактивации, полная обработка дезакти-
вируемой поверхности. Недостатки —
применимость только для дезактивации
специфических помещений, низкие ко-
эффициенты дезактивации, очень боль-
шой расход дезактивационных реагентов,
малое время наработки на отказ.
Перспективные водоструйные способы
дезактивации. В настоящий момент раз-
рабатывается ряд технологий на основе
водоструйного способа дезактивации, ис-
пользующих различные эффекты, воз-
никающие в жидкостях; к ним относит-
ся пневмогидроимпульсная, гидробаро-
динамическая и гидрокавитационная
очистка.
Принцип действия пневмогидроимпульс-
ной очистки основан на создании двух-
Рис. 4.6. Аппаратурно-технологическая схема отмывки оборудования
от радионуклидов на основе вихревых потоков:
1 — мерники (NH4)2COj и Н2О2; 2 — смеситель; 3 — расходная емкость;
4 — насос; 5 — теплообменнйк; 6 — обмывочная головка на телескопической
штанге; 7 — отмываемая емкость; 8 — монжус; 9 — вакуум-насос;
10 — сборник радиоактивных отходов; 11 — каскад ионообменных фильтров
фазного режима течения (жидкость —
газ), сопровождающегося интенсивной
турбулизацией потока, пульсациями дав-
ления и вибрацией трубопроводов. На
рис. 4.7 представлена рабочая насадка
установки.
Принцип действия гидробародинами -
ческой очистки основан на размещении
в трубе прочистного снаряда, который
движется посредством воды. Струи воды,
прорываясь вперед через вибрирующие
лепестки снаряда, образуют по перимет-
ру снаряда зону мошной кавитации, при-
водящей к разрушению отложений
(рис. 4.8).
Принцип действия гидрокавитацион-
ной очистки построен на создании кави-
тационной струи воды с парогазовыми
микроскопическими пузырьками, кото-
рые при попадании на обрабатываемую
поверхность «схлопываются», излучая
ударную волну.
Для создания гидродинамической
кавитации и формирования гидромони-
торной струи используются специальные
устройства — кавитаторы (рис. 4.9). Ка-
витаторы представляют собой проточный
канал в совокупности с различными кон-
структивными элементами.
Способами создания кавитации явля-
ются: местное сужение потока с последу-
ющим расширением (трубка Вентури,
рис. 4.9, а\ сопло Лаваля, рис. 4.9, 5; конои-
дальные насадки); завихрение потока
жидкости (шнек, винтовые или танген-
циально-направленные каналы).
Рис. 4.7. Установка типа «Тайфун»,
General Pipe Cleaners (США), с системой
VIBRA-PULSE
Рис. 4.8. Схема гидробародинами-
ческой очистки:
1 — ввод потока; 2 — вибрирующие
лепестки
К кавитаторам предъявляются сле-
дующие требования: простота изготов-
ления и высокий уровень унификации;
минимальные гидравлические сопро-
тивления; формирование компактной
струи; высокая степень кавитации;
большая протяженность кавитирующе-
го потока.
Все перечисленные устройства узко-
специализированны. В основном они
применяются для дезактивации внут-
ренних полостей большого количества
труб определенного диаметра.
При использовании данных уст-
ройств для труб диаметром от Dy 200
и выше энергетические затраты таковы,
что целесообразность дезактивации дан-
ными способами становится отрицатель-
ной, в силу чего они находят малое при-
менение.
Рис. 4.9. Принципиальные схемы кавитаторов:
/ - входной конфузор, 2 — входной цилиндрический канал; 3, 7 — кавитационная камера; 4, 8 —
промежуточный цилиндрический канал; 5, 9 — конфузор пульсации; 6, 10 — цилиндрический канал
компактности
4.3. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ФРЕОНОМ
При использовании данного способа
дезактивации в качестве очищающего ра-
створителя применяются трихлортрифтор-
этан, фреон-413. Фреон обладает низ-
кими плотностью и поверхностным на-
тяжением, что способствует его проник-
новению в щели, трещины и удалению
загрязнений, включая смазки, масла.
Фреон не горюч, химически инертен, что
позволяет дезактивировать многие типы
тончайших компонентов оборудования
без опасения их повреждения. Большин-
ство радиоактивных загрязнений нера-
створимо во фреоне и может быть уда-
лено фильтрацией с возвращением фре-
она в повторный цикл очистки. Пары
фреона улавливаются из атмосферы на
угольном или другом сорбенте.
Схема очистки фреоном при высоком
давлении (до 14 МРа) показана на рис. 4.10.
Струя жидкого фреона направляется на
очищаемый предмет, чтобы снять части-
цы загрязнений, поступающие через слив
на фильтрацию. Фреон возвращается на
повторное использование. Масла и другие
растворимые примеси отделяются дистил-
ляцией. Процесс может проводиться
в замкнутой камере или перчаточном боксе.
Разрабатываются способы очистки по-
верхности полов, стен и других больших
площадей с использованием вакуумного
сбора и возврата фреона.
Фреоновые системы успешно приме-
няются для очистки тканей, пластиков,
резины, электрических кабелей, моторов,
инструмента, соединительных коммуни-
каций, чувствительных компонентов обо-
рудования и приборов.
С помощью фреона удаляют не толь-
ко рыхлые загрязнения, но и загрязне-
ния, имеющие сцепление с поверхнос-
тью, например ржавчину. Добавление
определенных химикатов (чаще всего —
этилового спирта) улучшает очистку.
Рис. 4.10. Схема очистки фреоном
При высоких уровнях гамма-излуче-
ний и температурах 65—150 °C фреон мо-
жет разлагаться, выделяя свободный хлор,
что может привести к образованию кор-
розионных трещин в аустенитных ста-
лях. Чтобы избежать этого, аустенитные
стали перед обработкой должны быть
тщательно просушены, а после обработ-
ки проверены на отсутствие фреона на
поверхности.
Детали из поливинила и ряда сили-
коновых пластмасс после обработки фре-
оном могут приобрести повышенную
твердость и хрупкость. Основным недо-
статком данного метода является проблема
утилизации отработанного фреона.
4.4. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
С ПОМОЩЬЮ ЛЬДА
Для решения проблем, связанных со
вторичными РАО, возникающими при
проведении дезактивации, предложен
способ очистки при помощи обдувки ча-
стицами льда. Этот способ можно отнес-
ти к механическим, поэтому, казалось бы,
его эффективность должна быть такой
же, как и при механических способах
удаления отложений. Однако дополни-
тельно к результатам, достигаемым при
механической очистке, удается получить
ряд преимуществ: упростить дистанци-
онное управление процессом, сократить
объем ЖРО, уменьшить коррозионное
воздействие на основной металл тепло-
передающей поверхности.
Рассмотренные ранее способы меха-
нической обработки, например песко-
струйный, сопряжены с образованием
большого количества вредной пыли, что
представляет серьезную угрозу здоровью
работников и безопасности в целом, ока-
зывает неблагоприятное воздействие на
условия работы оборудования, а в неко-
торых случаях даже создает опасность
образования взрывоопасных концентра-
ций пылеобразных частиц. Совершенно
иная ситуация возникает, если в каче-
стве абразивных частиц использовать
мелкие кристаллы льда. Несмотря на то
что лед обладает сравнительно низкими
абразивными свойствами, его взаимодей-
ствие с обрабатываемыми поверхностя-
ми привод ит к достаточно интенсивному
механическому соскабливанию инород-
ных загрязнений, если они не обладают
значительной адгезионной способностью.
При этом таяние льда способствует смыва-
нию с обрабатываемой поверхности уда-
ленных загрязнений. Кроме того, исполь-
зование в качестве абразива частиц льда
упрощает решение проблем, связанных
с защитой дыхательных путей человека.
Для удаления отложений частицы льда
подают на обрабатываемую поверхность
с помощью сжатого воздуха. В целях до-
стижения максимальной кинетической
энергии этих частиц и наибольшей энер-
гии их соударения с очищаемой поверх-
ностью необходимо оптимизировать ряд
параметров процесса очистки. Давление
воздуха, используемого для подачи час-
тиц льда, должно быть как можно выше.
Конфигурация сопла, предназначенного
для подачи воздушно-ледяной смеси, за-
висит от вида обрабатываемого материа-
ла и требуемой эффективности очистки.
Удаление среза сопла от очищаемой по-
верхности должно лежать в пределах от
150 до 250 мм. Температура льда должна
быть по возможности минимальной,
1
9
10 — эжекционное сопло; 11 — очищаемый корпус
насоса
Рис. 4.11. Установка для дезактивации поверхностей
с помощью обдувки частицами льда:
1 — лед; 2 — устройство для получения частиц льда;
3 — сжатый воздух; 4 — дегидратор; 5 — воздухоструйный аппарат;
6 — гибкий воздушный рукав; 7 — герметизированный кожух;
8 — блок управления сопловым устройством; 9 — вытяжная вентиляция;
чтобы обеспечивалась максимальная твер-
дость ледяных частиц и исключалось их
таяние. Выбор оптимальных параметров
^зависит от характеристики объекта, под-
вергаемого очистке. Любые отложения
или покрытия, которые сдираются с по-
верхности при значительных удельных
нагрузках, такие как ржавчина, краска,
отложения, образующиеся за счет осаж-
дения частиц, могут быть удалены с по-
мощью льда. Рыхлые отложения внеш-
него слоя на поверхностях, омываемых
теплоносителем первого контура, легко
удаляются этим способом без каких-либо
повреждений поверхностей.
Если сравнивать обычный лед с «сухим»
льдом, получаемым из частиц диоксида
углерода, преимущества первого заклю-
чаются в меньшей стоимости воды по
сравнению с углекислым газом, отсут-
ствии опасности образования дефицита
кислорода в атмосфере помещения, где
производят дезактивацию; вынос радио-
активных веществ водой в дренажную
систему более эффективен и безопасен,
чем вынос их углекислым газом в систе-
му вентиляции. Расход воздуха, исполь-
зуемого для обдувки обрабатываемых по-
верхностей кристаллами льда, составляет
всего 790 дм* 3/мин при температуре 20 °C,
а рабочее давление воздуха не превышает
1,4 МПа. При обдувке поверхностей кри-
сталлами «сухого» льда расход газообраз-
ной несущей среды составляет примерно
2000 дм3/мин при указанных нормаль-
ных условиях.
Установка для дезактивации поверх-
ностей с помощью обдувки частицами
льда состоит из устройства, генерирующе-
го ледяные частицы, воздухоструйного
аппарата для подачи частиц льда на об-
рабатываемую поверхность (включая бак-
накопитель и питательное устройство),
гибких воздушных рукавов для подачи
воздушно-ледяной смеси, эжекционного
сопла и пульта управления (рис. 4.11). Сопло
расположено в герметизированном коробе,
а управление его работой осуществляют
дистанционно с помощью манипулято-
ра, что позволяет снизить дозовую на-
грузку на персонал. Размеры частиц льда
составляют от 2 до 5 мм, расход достига-
ет 1 кг/мин; давление воздуха поддержи-
вают на уровне 0,29 МПа, а расход воз-
духа — 300 м3/ч.
Рассмотренный способ удаления ра-
диоактивных отложений с помощью об-
дувки частицами льда в настоящее время
уже применяют для дезактивации арма-
туры, трубопроводов, насосов. В США
этот способ применяли для дезактива-
ции инструмента, горячих камер и свин-
цовых блоков биологической защиты
в Окриджской национальной лаборато-
рии, а фирма «Мартин-Мариетта» — для
дезактивации горячих камер. На АЭС
«Окони» данным способом дезактивиро-
вались некоторые помещения в защит-
ной оболочке третьего блока. Фирма
«Волф-Крик» разработала несколько аль-
тернативных технологий дезактивации,
которые должны заменить процессы,
основанные на использовании фреонов
и предусматривающие применение обыч-
ного льда в качестве абразивного мате-
риала. Данная технология используется
также на АЭС Hanford Washington (США),
Idaho National (США), New Brunswick
Power (Канада), Ontario© Power Group
(Канада), Bruce Power (Канада).
Несмотря на сравнительно высокую
стоимость дезактивации оборудования
с помощью «сухого» льда и необходимость
надежного контроля за составом атмос-
феры в зоне выполнения работ, этот спо-
соб в ряде случаев является единственно
приемлемым. Американская фирма «Вол-
поул» разработала технологию дезактива-
ции с помощью «сухого» льда, которая
получила название неразрушающей очист-
ки, Она нашла достаточно широкое рас-
пространение при дезактивации такого
достаточно чувствительного к внешним воз-
действиям оборудования, как приборы,
электроаппаратура, телекамеры, предназна-
ченные для работы под слоем воды,
электродвигатели и т. п. Хорошие резуль-
таты получены при дезактивации инстру-
мента, арматуры насосов. Этой же фир-
мой изготовлено пять передвижных устано-
вок, работающих по указанной технологии,
еще две находятся в стадии изготовления.
Недостатки способа — низкие коэф-
фициенты дезактивации оборудования
сложной конфигурации с прочнофикси-
рованными загрязнениями, высоко-
затратность из-за сложности исполнения.
4.5. ВАКУУМНАЯ ОЧИСТКА
Данный способ дезактивации преду-
сматривает использование потока возду-
ха, направленного не на поверхность, а от
нее под действием вакуума, создаваемо-
го в воздушном тракте прибора. Приме-
няется в случаях, когда радиоактивность
находится на поверхности в виде слабо
связанных с ней частиц. Удобен для сбо-
ра грязевых частиц и пыли на любых
доступных поверхностях, особенно на
полах и стенах плоской геометрии, для
очистки перчаточных боксов.
Вакуумная очистка (может быть влаж-
ной или сухой) чаще всего предваряет
применение других дезактивационных
способов, изменяющих физическое или
химическое состояние частиц загрязнения.
Дтя реализации способа может ис-
пользоваться как обычная, так и моди-
фицированная пылесосная техника. От-
работанный воздух проходит через муль-
тифильтрационную систему, специаль-
ные фильтрационные материалы которой
обеспечивают задержку 99,97 % всех твер-
дых частиц с размерами от 0,3 мкм и выше.
Преимущества способа: легкость и де-
шевизна осуществления; доступность при-
меняемого оборудования; простота сбора
и удаления отходов; отсутствие повреж-
дения поверхностей.
Недостатки и ограничения способа:
низкие коэффициенты дезактивации,
трудности при обработке щелей и не-
однородных поверхностей, возможность
распыления загрязнений в атмосферу,
возможность высокой степени облучения
рабочего персонала.
4.6. КРАЦЕВАНИЕ
Крацевание заключается в удалении
поверхностного слоя. Для очистки сталь-
ных деталей и сварных швов использу-
ют проволочные щетки, для очистки от
поверхностных загрязнений — капроно-
вые. Давление щетки на поверхность уве-
личивает съем металла, а смачивание щет-
ки — уменьшает; глубина съема металла
может достигать 0,01—0,05 мм.
Для процессов дезактивации, основан-
ных на срезании поверхностного слоя,
используются режущие инструменты
с геометрически заданными и не задан-
ными углами. Первые применяются, ког-
да нужно удалять слои толщиной более
0,5 мм (например, с помощью токарного
или фрезерного оборудования). Вторые
служат для механической обработки по-
верхности — обычно путем шлифования.
Второй способ срезания поверхностного
слоя применим только к компонентам
и деталям с простой геометрией. Процесс
удаления поверхностных слоев с трудом
поддается автоматизации и обычно вы-
полняется вручную.
Компания «Bluegrass Concrete Cutting»
(США) разработала самодвижущееся
устройство для срезания поверхностного
слоя заданной толщины с бетонных кон-
струкций. Специальные машины приме-
няются для обработки полов и стен
[Diamond Floor (Wall) Shaver]. Основой
является запатентованное устройство, со-
держащее 100 алмазных лезвий для су-
хой резки бетона. Алмазные режущие сег-
менты расположены со сдвигом и пол-
ностью перекрывают очищаемый учас-
ток. При срезании слоя не образуются
канавки. Пыль под вакуумом собирается
в барабан, готовый к удалению и захо-
ронению. Удержание пыли составляет
100 %. Производительность зависит от
глубины среза и в среднем составляет
9,3 м2/ч. Для обработки стен использу-
ется то же самое устройство с алмазным
барабаном и резцами, но с гидроприво-
дом и полным дистанционным управле-
нием. Оно может обрабатывать стены
в помещениях с высотой потолков до 6 м.
Устройства компании «Bluegrass
Concrete Cutting» использовались для
выполнения нескольких небольших про-
ектов по дезактивации, а также для бо-
лее крупномасштабной очистки двух зда-
ний в Роки-Флэтсе (США), имевших
фиксированное загрязнение полонием и
бериллием. При дезактивации снимался
слой толщиной 1,3 см.
К достоинствам этой технологии
относятся универсальность, эффективность,
малое количество отходов при примене-
нии ручного инструмента, к недостат-
кам — большие потери материала, низ-
кая производительность, возможность
вторичного загрязнения очищаемой по-
верхности при контакте с загрязненным
инструментом, восприимчивость поверх-
ности после обработки к радиоактивному
загрязнению.
4.7. РУЧНАЯ
АБРАЗИВНАЯ ОЧИСТКА
Даже после тщательной обработки по-
верхностей деталей механизированным
инструментом в порах металлической
поверхности детали может оставаться до
250 г продуктов коррозии или оксидов
на 1 м2 поверхности. Поэтому перед вы-
полнением последующих технологиче-
ских операций требуется дополнительная
очистка поверхностей деталей.
Ручная абразивная очистка основана
на применении абразивных средств —
шкурок, абразивных кругов, абразивных
брусков, наждачных полотен — и при-
меняется чаще всего для удаления ло-
кальных загрязнений, имеющих прочное
сцепление с поверхностью, или для фи-
нишной обработки, а также для удале-
ния оксидных пленок, коррозии, окали-
ны, лакокрасочных покрытий, нагаров и
других типов загрязнений.
Достоинства — высокие коэффици-
енты дезактивации, малое количество от-
ходов, универсальность и простота спо-
соба.
Недостатки — низкая производитель-
ность, высокие трудозатраты и соответ-
ственно высокие дозовые затраты.
4.8. ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ
РАДИОАКТИВНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ
Для локализации радиоактивных изо-
топов на загрязненных поверхностях или
территориях применяется процесс пыле-
подавления — связывания (удержания,
закрепления) пылящих участков для не-
допущения образования пыли. Суще-
ствует множество способов закрепления
пылящих участков:
биологические — внесение торфяной
крошки без создания защитного покры-
тия;
биолого-химические — закрепление
пылящих участков с помощью химиче-
ских веществ для дальнейшего развития
флоры, препятствующей образованию
пыли;
химические, заключающиеся в созда-
нии на поверхности долговременного за-
щитного слоя;
физические — обработка водой (кратко-
временный эффект), сплавление поверх-
ности и т. д.
Пылеподавление применяется тогда,
когда дезактивация либо нецелесообраз-
на из-за высоких экономических затрат,
либо она не даст должного эффекта, либо
ситуация такова, что через короткий про-
межуток времени оборудование загряз-
нится до начальных уровней, а также в
случаях, когда необходимо выполнить
работы в помещениях с высоким содер-
жанием пыли или изолировать оборудо-
вание от пылевых воздействий.
В силу своих особенностей данный
способ нашел наибольшее применение на
территориях, пострадавших от радиаци-
онных аварий, в частности на Черно-
быльской АЭС.
В силу экономического фактора наибо-
лее распрастранено пылеподавление с по-
мощью воды. Вода, смачивая и растворяя
радиоактивные загрязнения, образует ра-
диоактивные растворы. При попадании
радиоактивных растворов и взвесей на по-
верхность материалов после испарения
жидкости осадок фиксируется даже проч-
нее, чем при свободном воздушном запы-
лении, в результате образования в зоне
контакта частиц с поверхностью «корки»
солей и других загрязнений.
На объекте «Укрытие» Чернобыльской
АЭС для проведения работ по предотвра-
щению распространения альфа- и бета-
активных дисперсионных аэрозолей с твер-
дой дисперсной фазой (пылевидных за-
грязнений) в производственных помещени-
ях при температуре окружающего воздуха
не ниже +5 °C и относительной влажности
до 80 % применялись защитные полимер-
ные покрытия с составами марок АК-506,
ОТ-508, а для проведения таких же работ
в производственных помещениях и на тер-
ритории при температуре окружающего
воздуха от —20 до +30 °C и относительной
влажности до 90 % — защитные полимер-
ные покрытия с составами марок ВА-505Н,
АК-507Н. Помимо защитных свойств, по-
лимерные материалы с большим числом
реакционноспособных групп способны к
аккумуляции радиоактивных загрязнений
на своей поверхности. Это объясняется тем,
что атомы в разных степенях окисления,
входящие в макромолекулу полимера, спо-
собствуют адсорбции радиоактивных за-
грязнений, создавая на поверхности поли-
мерных материалов прочные комплексы
с радиоактивными атомами. Особенно
прочно загрязняющее вещество фиксиру-
ется материалом, если оно способно диф-
фундировать в него, растворяясь в нем или
в одном из его компонентов, а также об-
разуя с ним комплексные соединения.
К достоинствам полимерных покры-
тий относятся возможность нанесенйя на
окрашенные и неокрашенные поверхно-
сти; простота применения; фиксация
и локализация радиоактивных загрязне-
ний; отсутствие жидких радиоактивных
отходов; небольшой объем твердых от-
ходов и простота их переработки. К не-
достаткам — узкая специализация про-
цесса; низкий коэффициент дезактива-
ции (низкая эффективность удаления
прочнофиксированных загрязнений);
необходимость предотвращения распро-
странения загрязнений при нанесении
покрытий; относительно большое время
проведения процесса пылеподавления;
технологическая сложность процесса;
применимость в большей степени к по-
верхностям с простой геометрией.
На территории промплощадки для
кратковременного пылеподавления ис-
пользуют авторазливочные станции типа
АРС различных модификаций. В авто-
мобильной цистерне пылеподавляющие
составы готовятся в следующей последо-
вательности:
цистерна наполовину заполняется водой;
вносятся необходимые компоненты
раствора;
производится тщательное переманивание;
цистерна заполняется водой до уста-
новленного уровня;
раствор перемешивается окончательно.
Для обеспечения тщательного переме-
шивания компонентов раствора в автораз-
ливочных станциях АРС-14 трубопроводы
жидкостной системы включаются на режим
внутренней циркуляции жидкости насосом.
4.9. АЭРОЗОЛЬНО-
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ
СПОСОБ ДЕЗАКТИВАЦИИ
Одним из разновидностей абразивно-
струйных способов, активно внедряемых
на АЭС, является способ аэрозольно-газо-
динамической дезактивации (АГД). Сущ-
ность данного способа заключается в ис-
пользовании энергии высокоскоростных
аэрозольных частиц рабочей жидкости,
взаимодействующих с очищаемой поверх-
ностью. Аэрозольные частицы, которые
образуются при дроблении рабочей жид-
кости высокоскоростным (более 600 м/с)
воздушным потоком, разгоняются воз-
душной струей до скоростей более 400 м/с
с помощью специальных форсунок.
Соударяясь с твердой поверхностью, аэро-
зольные частицы суспензии разрушают
и удаляют с обрабатываемых поверхнос-
тей загрязнения различного происхож-
дения, в том числе радиоактивные.
Положительный эффект дезактивации
достигается за счет одновременного про-
явления двух факторов: механического
воздействия рабочей жидкости, которая
разрушает загрязнения на поверхности,
и физико-химического связывания
радиоактивных загрязнений с рабочей
жидкостью.
Рабочая жидкость — водная суспен-
зия, твердая фаза которой представляет
собой специальную смесь природных ми-
неральных компонентов без добавок орга-
нических жидкостей или других химиче-
ских компонентов. Объемное соотношение
твердой и жидкой фаз в рабочей жидкос-
ти обычно составляет от 1:3 до 1:5.
При необходимости вместе с поверх-
ностными загрязнениями возможно
удаление поверхностного слоя металла
дезактивируемых деталей на глубину
от 0,1 до 15 мкм, т. е. радиоактивных за-
грязнений, находящихся в поверхностных
слоях металла и прочно связанных, на-
пример, с коррозией, оксидными плен-
ками и т. д.
Способ АГД позволяет проводить дез-
активацию поверхностей деталей из раз-
личных материалов, включая все типы
металлов, в том числе свинец и алюми-
ний, а также большинство неметалличе-
ских материалов.
При взаимодействии с поверхностью
АГД не оказывает отрицательного влия-
ния на физико-химические параметры
исходной поверхности металла, что вы-
годно отличает этот способ от других
способов дезактивации. Высокая эффек-
тивность и качество очистки поверхнос-
тей позволяют использовать АГД для
подготовки поверхностей к проведению
любого типа дефектоскопического конт-
роля, например люминесцентного, цвет-
ного. ультразвукового. К положительным
факторам АГД также следует отнести ма-
лые расходы рабочей жидкости, просто-
ту сбора и утилизации вторичных радио-
активных отходов. Так, при работе уста-
новки АГД с одной форсункой средний
расход рабочей жидкости составляет до
18 л/ч, что требует 6 л твердой фазы сме-
си и 12 л воды.
Внешний вид АГД-установки пред-
ставлен на рис. 4.12.
Помимо дезактивации, АГД может
быть эффективна для очистки и финиш-
ной обработки поверхностей деталей при
выполнении обычных ремонтных работ.
Аэрозольно-газодинамическая об-
работка поверхностей осуществляется
относительным перемещением струи и об-
рабатываемой поверхности детали. В за-
висимости от назначения, установки мо-
гут использоваться как в ручном, так
и автоматическом режимах очистки.
Технологический процесс очистки со-
стоит из трех последовательно выполня-
емых операций:
очистки поверхности детали потоком
рабочей жидкости;
промывки поверхности детали пото-
ком промывочной жидкости (воды) от
остатков рабочей жидкости;
сушки поверхности детали.
Обработка металлической поверхности
способом АГД удаляет следы предшеству-
ющей механической обработки и создает
равномерную гомогенную структуру по-
верхности.
Анализ результатов исследований по-
казал, что после АГД поверхность не со-
держит остатков эксплуатационных и тех-
нологических загрязнений и очищается
практически до матрицы металла. После
обработки химический состав поверхност-
ного слоя металла остается без измене-
ния, что является важным фактором для
многих видов деталей с особыми требо-
ваниями к усталостной прочности и про-
теканию неконтролируемых химических
процессов при эксплуатации.
Повышение коррозионной стойкости
поверхностей металлов после АГД связано
с двумя технологическими факторами:
1) отсутствием концентраторов напряже-
ний и поверхностных дефектов на по-
верхности металла после воздействия на
нее струи; 2) физико-химическими ха-
рактеристиками рабочих жидкостей.
Согласно результатам исследований,
АГД поверхностей позволяет увеличить
Рис. 4.12. Внешний вид АГД-установки
стационарного типа
коррозионную стойкость поверхностей
металлов в 1,5—2 раза. Проявление эф-
фекта повышения коррозионной стойко-
сти, возможно, связано с несколькими
особенностями механизма воздействия
струи, а именно:
механизмом воздействия АГД-потока
с обрабатываемой поверхностью, не вы-
зывающим дополнительных поверхност-
ных напряжений и наклепа. В отличие
от пескоструйной и гидроабразивной об-
работки, где основной механизм разру-
шения металла связан с микрорезанием
поверхности острыми гранями абразив-
ных частиц, в способе АГД реализуется
разрушение на основе упруго-пластичных
деформаций. Косвенно это предположе-
ние подтверждается тем, что обработка
металла потоком стандартной рабочей
жидкости с добавкой в суспензию до 15 %
абразивных частиц электрокорунда вы-
зывало интенсивную коррозию поверх-
ности металла;
удалением дефектов структуры поверх-
ностного слоя металла, которые образу-
ются практически при всех видах обра-
ботки металлических поверхностей;
подбором исходных минеральных со-
ставляющих для твердой фазы рабочей
жидкости, а именно отсутствием твердых
частиц с острыми кромками и размерами
более 50 мкм с pH водной фазы, равной
9...10.
Как и для всех абразивно-струйных
способов, АГД присущи два основных
недостатка: низкие коэффициенты дезак-
тивации внутренних поверхностей поло-
стей (труб), труднодоступных мест; не-
обходимость создания специальных бок-
сов для проведения дезактивационных
работ.
4.10. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
ПЛАВЛЕНИЕМ
В результате проводимого демонтажа
ядерных установок объем радиоактивных
отходов будет возрастать. Уже сейчас,
например, в Великобритании из 455 тыс. т
металлолома с низким уровнем радио-
активности 383 тыс. т образовались в ре-
зультате демонтажа, а со средним уров-
нем — около 31 тыс. т из 70 тыс. т; при
этом 90 % приходится на долю черных
металлов. К тому же некоторое количе-
ство металла, загрязненного радиоактив-
ными элементами, присутствующими в
горных породах, поступает от нефтяной
и газовой промышленности.
Производители работ проблему обра-
щения с этими отходами обычно реша-
ют в рамках реализуемого проекта или
используют случайные варианты. При
таких масштабах переплав металлолома
неэкономичен. В отсутствие единой для
всей страны технической политики в от-
ношении координации и объединения
работ по утилизации радиоактивных ме-
таллических отходов остается единствен-
ный путь — их захоронение.
Существующие стратегии обращения
с металлоломом подкрепляют сложившу-
юся практику захоронения отходов с низ-
ким уровнем радиоактивности в специ-
альном хранилище и временного хране-
ния отходов со средним уровнем радио-
активности в целях их последующего
захоронения. Однако можно попытаться
перейти к другим, более целесообразным
способам, которые ранее рассматривались
как дорогостоящие и труднореализуемые.
В таких странах, как Франция, Гер-
мания и Швеция, разработаны общие
стратегии обращения с радиоактивным
металлоломом, предусматривающие со-
здание централизованных высокоэконо-
мичных плавильных установок для пе-
реработки рассеянных потоков металли-
ческих отходов. Переплав позволяет
уменьшить размеры и объем отходов,
сконцентрировать и отделить загрязня-
ющие примеси или равномерно распре-
делить эти примеси в общей массе метал-
ла. Переплавленный металл может быть
или реализован вне предприятий ядер-
ного сектора, или повторно использован
в атомной промышленности, или направ-
лен на захоронение с учетом уменьшив-
шихся объемов и концентрации радио-
активных элементов.
Во многих странах действуют очень
жесткие критерии, определяющие возмож-
ность общедоступного использования как
радиационно активированных материалов,
так и материалов, содержащих радиоак-
тивные примеси. Поэтому переплаву пред-
шествуют другие операции дезактивации,
например удаление в максимально воз-
можной степени поверхностных радиоак-
тивных загрязнений. Так, согласно дей-
ствующим в Великобритании нормативам
пороговый уровень, при превышении ко-
торого твердые отходы рассматриваются
как радиоактивные, составляет 0,4 Бк/г.
Европейская комиссия рекомендует руко-
водствоваться установленными нормати-
вами присутствия нуклидов в металли-
ческом скрапе, предназначенном для про-
изводства торговых партий металла. Эти
уровни присутствия нуклидов, принятые
другими государствами Европейского сою-
за, варьируют от 1 до 10 000 Бк/г в зави-
симости от природы нуклида, что нахо-
дит свое отражение в нормативах для
удельной активности поверхностей.
Преимущества переплава заключают-
ся в удалении некоторых радионуклидов
путем избирательного окисления. Напри-
мер, некоторые трансурановые элементы
легко окисляются и переходят в шлак.
В результате активность переплавленно-
го металла снижается, причем нуклиды
равномерно распределяются по объему
слитка, который теперь представляет со-
бой гомогенный материал с низким уров-
нем радиоактивности.
В пользу переплава металлолома сви-
детельствует опыт Швеции. В Студсвике
уже 20 лет успешно действует промыш-
ленная плавильная установка по переплаву
предварительно рассортированного метал-
лолома. Радиоактивность перерабатывае-
мых отходов составляет 100—200 Бк/г.
Проводятся операции резки, дезактивации,
плавки и транспортировки.
В Великобритании на заводе по обо-
гащению урана в Кейпенхерсте переплав
рассматривается как способ регенерации
металлических отходов, образовавшихся
при демонтаже. Сооруженная плавиль-
ная установка удовлетворяет самым стро-
гим требованиям к охране окружающей
среды и ограничениям выбросов в атмо-
сферу. Эта установка предназначена для
переработки отходов в слитки алюминия,
чугуна и стали, пригодные для неогра-
ниченного использования. При этом не
только удается компенсировать часть из-
держек производства за счет продажи
слитков чистого металла, но и способ-
ствовать сохранению окружающей сре-
ды в результате повторного использова-
ния природных ресурсов.
В целях создания и поддержания рын-
ка сбыта получаемые слитки металла и дез-
активированный скрап, поступающий на
переплав, снабжают сертификатами, удо-
стоверяющими их качество. К тому же
действующие датчики на постах контро-
ля поступающего сырья позволяют опе-
раторам дополнительно убедиться в том,
что уровень радиоактивности шихты не
превышает допустимых пределов.
Способ дезактивации металла методом
плавления используется как один из ос-
новных для рецикла металла, образовав-
шегося при снятии с эксплуатации ЯУ. По
различным источникам, способ позволяет
возвратить к использованию от 60 до 90 %
металла. Для увеличения количества ме-
талла, возвращаемого к использованию,
радиоактивно загрязненный металл пред-
варительно подвергают дезактивации.
Переплав радиоактивного скрапа дает
следующие преимущества:
уменьшение объема скрапа почти на
80 % и, следовательно, улучшение орга-
низации хранения;
упрощение измерения активности
скрапа, особенно при его больших коли-
чествах, когда можно ограничиться ис-
следованием отдельной пробы из плавки;
возможность производства новых из-
делий — контейнеров для радиоактив-
ных отходов, компонентов защиты реак-
тора в виде отливок и др.;
возможность возврата металла после
переработки для неограниченного исполь-
зования.
В Германии, Великобритании, Фран-
ции, США проводятся исследования и эк-
сперименты по переплаву радиоактивно-
го скрапа. Немецкая фирма «Зимпель-
камп» переплавляет радиоактивный скрап
практически в промышленных масшта-
бах. В середине 1980-х годов ею было
переработано около 1000 т радиоактив-
ного скрапа и более 50 % его пошло на
изготовление контейнеров для хранения
отходов.
Повторное использование отходов
в атомной промышленности снимает воз-
можные проблемы в формировании об-
щественного мнения по отношению даль-
нейшего развития ядерной энергетики
и способствует минимизации количества
отходов. Этот вариант позволяет пере-
плавлять металлолом с более высоким
уровнем радиоактивного загрязнения.
Однако согласно отчетам Европейской
комиссии, поступление накапливаемого
металлолома будет превышать потребле-
ние переплавленного металла, идущего
преимущественно на изготовление тары
для захоронения и хранения радиоактив-
ных отходов.
В Европе на производство контейне-
ров для отходов необходимо примерно
40 % радиоактивного лома углеродистой
стали. Доля регенерируемого лома нержа-
веющей стали составляет лишь 20 %, но
этот лом можно хранить долго и исполь-
зовать во второй половине XXI столе-
тия, когда потребуется большое количе-
ство контейнеров для хранения и захо-
ронения отходов средней удельной ак-
тивности и отработавшего топлива.
Использование переплавленного ме-
таллолома для изготовления контейне-
ров, предназначенных для хранения или
захоронения отработавшего топлива,
представляется привлекательным, так как
уровень радиоактивности определяется
не материалом, из которого изготовлен
контейнер, а отработавшим топливом,
содержащимся в контейнере. Некоторые
затруднения могут возникнуть в буду-
щем при определении активности хра-
нящихся отходов и при оценке дозы
облучения во время перегрузки кон-
тейнеров.
Переплав и повторное использование
металлолома со средним уровнем радио-
активности менее привлекательны, если
только при этом не достигается сущест-
венного снижения радиоактивности. Ос-
новной задачей переплава металлолома
становится снижение объема материала
в 4—6 раз и получение однородных по
составу слитков заданных размеров,
удобных для обращения и длительного
хранения.
Повторное использование металлов
в ядерных установках легче достижимо
и более экономично, чем ограниченное
использование в других отраслях. Воз-
можность неограниченного использова-
ния металла сдерживается отсутствием
пределов на содержание в металле оста-
точной активности.
Таблица 4.2. Коэффициенты распределения радионуклидов между шламом и расплавом
металла
Радионуклид Коэффициент распределения Радионуклид Коэффициент распределения
“Со 10“2-l ,34Cs 10-106
^Sr (**Y) 2 • 10s 137Cs (137mBa) 103-106
95Zr(95Nb) 103 ,44Ce (144Pr) 106
106Ru(106Rh) lO’-lO'1 238u 2 • 103
125Sb 10^ 239Pu 3 - 103
С учетом рекомендаций МАГАТЭ уста-
новлен предел мощности индивидуальной
дозы облучения при обращении с переплав-
ленным металлом — 10 мкЗв/год. Это зна-
чение может быть соблюдено при остаточ-
ной активности металла, равной 1 Бк/г,
усредненной по массе в 1 т, при условии,
что ни в одной точке объема она не превы-
сит 10 Бк/г.
Процесс переплава заключается в пере-
распределении радионуклидов между шла-
ком, уходящими газами и металлическим
расплавом. При этом происходит относи-
тельно полное удаление ^Sr, l44Ce, 134Cs,
137 Cs, 95Zr, 238U, 239Pu и трансурановых
элементов. Остаточная активность пере-
плавленного металла определяется нали-
чием 60Со, 106Ru, 125Sb, 63Ni, которые в
процессе переплава лишь равномерно рас-
пределяются в расплаве. Распределение
основных радионуклидов, которые могут
быть обнаружены в загрязненном обору-
довании после плавления, приведены в
табл. 4.2 и 4.3.
При переплаве наблюдается эффект
удаления некоторых радионуклидов пу-
тем избирательного окисления. Напри-
мер, некоторые трансурановые элементы
легко окисляются и переходят в шлак.
Вследствие высокой температуры пере-
плава часть радионуклидов испаряется
(причем как с поверхности металла
во время его нагрева в печи, так и с по-
верхностей жидкого шлака и металла)
и уносится восходящими потоками воз-
духа. В табл. 4.4 приведено количество
радионуклидов, переходящих в газовую
фазу, при переплаве образцов хромони-
келевых и углеродистых сталей в ин-
дукционной печи.
Таблица 4.3. Распределение основных
радионуклидов после плавления металличе-
ской основы, %
Радионуклид Среда распределения
Металл Шлак Зола Воздух
90Sr 5 95 0 0
154Eu 5 95 0 0
Актиниды 5 95 0 0
137 Cs 0 50 50 0
3H 0 0 0 100
“Co 90 10 0 0
63Ni 90 10 0 0
Таблица 4.4. Количество радионуклидов, переходящих в газовую фазу при переплаве
сталей (время плавки 40 мин)
Радионуклид Температура, °C Общее давление паров оксидов, Па, при t - 1500 °C Количество радионуклидов, переходящих в газовую фазу, %
плавления кипения
137Cs - 500 - 5,8-45,0
65Zn 1975 - 1.4 • 103 30-50
125Sb 656 1456 1.2 • 108 2-14,9
,06Ru - - - 0.2-3,0
"Sr 2650 3000 7,2 • 10‘2 0,2-0.54
144Ce 2180 - - 0,01-0,33
54Mn 1842 - 1,8 • 10’1 0,02-0,5
“Co 1830 - 7.2 • 10’2 0,01-0,5
Сведения о давлении паров оксидов
радионуклидов неполны. Однако общая
тенденция прослеживается: радионукли-
ды, оксиды которых имеют более низ-
кую температуру плавления и кипения
(возгонки) и соответственно обладают бо-
лее высоким давлением паров, переходят
в газовую фазу в большем количестве.
В процессе переплава улетучивается до
45 % 137Cs, до 50 % 65Zn и до 15 % 125Sb,
наличие которых главным образом и
определяет загрязненность газовой фазы.
Количество испаряющегося 106Ru
колеблется в широких пределах (0,2—3,0 %),
а количество испаряющихся радионук-
лидов (^Со, мМп, ^Sr, l44Ce, 95Zr, 95Nb) -
незначительно. С увеличением содержания
^Со, ^Mn, ^Sr, l44Ce, 95Zr, 95Nb или при
большом количестве рыхлых слабофикси-
рованных отложений, способных перехо-
дить в газовую фазу при механических воз-
действиях, перечисленные радионуклиды
увеличивают вклад в загрязненность
газовой фазы. Это приводит к необхо-
димости создания достаточно эффектив-
ных систем вентиляции и газоочистки.
Для уменьшения количества радио-
нуклидов, переходящих в газовую фазу,
переплав ведут в следующих режимах:
1. В печи расплавляется загрузка не-
радиоактивного металла или же в тигле
печи оставляется часть металла от пре-
дыдущей плавки. Затем загружается флюс
и производится загрузка. Загружаемые
фрагменты должны полностью погру-
жаться в расплав (чтобы вся их поверх-
ность экранировалась расплавом металла
и шлака от контакта с атмосферой).
2. При переплаве длинномерных об-
разцов, геометрические размеры которых
не позволяют полностью погрузить их
в расплав, аналогично первому режиму
вначале в тигле печи получают расплав
металла, затем загружают флюс, и металл
перегревают выше его точки плавления
не менее чем на 10 °C; далее загружают
длинномерные отходы. В течение всего
процесса плавления поддерживается за-
данная температура.
При переплаве металлических отхо-
дов в соответствии с данными режимами
количество радионуклидов, переходящих
в газовую фазу, существенно снижается
и составляет, %: для l37Cs — 1,5...3,0;
l25Sb - 0,5;106 Ru - 0,5; ^Со - 0,005...0,02.
Для переплава применяют индукци-
онные и электродуговые виды печей.
Энергетические затраты на выплавку 1 т
металла в них примерно одинаковы (600—
800 кВт • ч/т) и зависят от объема и про-
изводительности печи. Однако при элек-
тродуговой плавке из-за высокой темпе-
ратуры дуги образуется значительное ко-
личество аэрозолей. Так, при выплавке
1 т металла в элекгродуговых печах об-
разуется примерно 320—380 м3 газов с со-
держанием в них 8—10 кг пыли, 1,2—
1,6 кг оксида углерода, 0,24—0,32 кг окси-
дов азота. При переплаве высоколегиро-
ванных, теплостойких и кислотоупорных
сталей содержание пыли в газах увели-
чивается в 1,4—1,5 раза.
Индукционные печи промышленной
и повышенной частот выделяют пыли
в 5—6 раз меньше, чем электродуговые
(при выплавке 1 т металла образуется
0,75—1,5 кг пыли), выделение газов не-
значительно. Образующееся количество
шлаков при индукционном переплаве со-
ставляет 1—3 %, а при электродуговой —
6—10 % массы загрузки металла. Таким
образом, если исходить из критерия ми-
нимального объема образующихся вто-
ричных отходов, переплав металлических
отходов в контролируемых условиях
целесообразно проводить в индукцион-
ных печах. Кроме того, при использо-
вании индукционных печей гораздо про-
ще автоматизировать процесс загрузки,
а также переплав длинномерных^ртхо-
дов (например, труб без дополнитель-
ной их разделки). При индукционном
переплаве сталей газовыделение мало,
а для улавливания радиоактивных аэро-
золей можно использовать «сухие»
методы газоочистки. В этом случае не
образуются жидкие радиоактивные
отходы (пульпы), переработка которых
представляет сложную задачу.
Обычно система газоочистки установки
переплава состоит из двух ступеней.
В первой ступени используется циклон,
улавливающий основную массу крупных
частиц и являющийся своего рода искро-
гасителем, препятствующим попаданию
искр и раскаленных частиц шлака и ме-
талла во вторую ступень газоочистки.
Циклон позволяет собирать пыль в
транспортный контейнер (без дополни-
тельной перегрузки пыли).
Вторая ступень оборудуется рамным#
или рукавными фильтрами тонкой очист-
ки, обеспечивающими низкую концен-
трацию пыли в очищенном газе. Рукав-
ные фильтры имеют преимущества перед
рамными, так как для них легко механи-
зируются и автоматизируются процесс
выгрузки пыли и очистка фильтрующей
поверхности.
При переплаве металлических отходов
любых типов, в том числе электродвига-
телей без их разборки, имеющих значи-
тельное количество сгораемых электро-
изоляционных материалов, целесообраз-
но использовать комбинированные «мокро-
сухие» системы газоочистки. Они могут
состоять из различных комбинаций оро-
шаемых полых или насадочных скруббе-
ров, циклона (первая ступень газоочист-
ки), подогревателя и абсолютного филь-
тра (вторая ступень).
Индукционные печи. Тигельные индук-
ционные печи как агрегаты для дезакти-
вации имеют ряд существенных недостат-
ков, ограничивающих объемы дезакти-
вируемого металла и снижающих эффек-
тивность его дезактивации. При плавке
металла в такой печи тепло выделяется
непосредственно в нагреваемом и плавя-
щемся металле, а рафинирующий шлак
нагревается и плавится за счет тепло-
передачи от нагретого металла. Поэтому
шлак всегда холоднее металла, недоста-
точно нагрет и имеет высокую вязкость,
что затрудняет ассимиляцию радионук-
лидов шлаком.
Срок службы огнеупорной футеровки
тигля ограничен из-за ее невысокой стой-
кости, что приводит к образованию зна-
чительного количества отходов огнеупо-
ров, загрязненных радионуклидами и, как
шлак, нуждающихся в захоронении.
Тигель индукционной печи имеет
сравнительно небольшие размеры, что вы-
зывает необходимость использования от-
носительно небольших фрагментов ме-
таллических отходов, что в свою очередь
приводит к увеличению затрат на раз-
делку и измельчение поступающего ме-
таллолома. Из-за высокой вязкости ра-
финирующего шлака затруднено разде-
ление продуктов плавки: чистого дезак-
тивированного металла и грязного
радиоактивного шлака.
Кроме того, индукционная печь яв-
ляется периодически работающим агре-
гатом, поэтому производительность ее
невелика. Дезактивация плавлением в ин-
дукционной печи требует значительных
затрат ручного труда, процесс плавки
в ней трудно механизировать и автома-
тизировать. Вследствие этого тигельные
индукционные печи малоперспективны
для организации массовой и эффектив-
ной дезактивации.
Принципиальная технологическая схе-
ма переплава тигельной индукционной
печью приведена на рис. 4.13. При уста-
новившемся режиме работы печей объем
партий металла для загрузки печи дол-
жен составлять 70—80 % вместимости
тигля. Загрузка печей производится пи-
тателями. При переплаве отходов сталей
в качестве флюса рекомендуется исполь-
зовать композицию, состоящую из 37 %
MgO, 13 % А12О3, 33 % SiO2, 17 % CaF2,
в количестве 1 — 1,5 % массы металла.
Флюс периодически загружается в печь
в течение всего процесса плавки.
Необходимый температурный режим в
печи поддерживается регулированием ее
электрической мощности и интенсивнос-
ти загрузки металла. Температура распла-
ва измеряется оптическим пирометром.
После полного заполнения тигля печи
расплавом металла производится удаление
шлака /. Шлак перегружается в транспорт-
ный контейнер и периодически отправля-
ется на хранение. После удаления шлака I
в тигель печи на зеркало расплавленного
металла вносится порция флюса, после го-
могенизации которого с остатками шлака I
и металла печь временно выключается
и новый шлак //удаляется, затем впослед-
ствии с новым флюсом загружается в печь
при переплаве следующей партии металла.
Металл сливается в изложницы, часть
его (20—30 %) остается в тигле для уско-
Использование в атомной промышленности
Рис. 4.13. Принципиальная технологическая схема переплава радиоактивных
металлических отходов индукционной печью
рения расплавления последующей партии
отходов. После остывания изложниц
слитки извлекаются и подвергаются вы-
ходному дозиметрическому контролю.
Слитки металла с удельной мощностью
гамма-излучения d< 0,5- 10~5нГр- м/(с- кг)
могут использоваться без ограничений,
при значении d от (0,5-К>,5) • 10-5 до
5 • 10-8 нГр • м2/(с • кг) металл может ис-
пользоваться в атомной промышленнос-
ти, а при d = 2,5- 10 5нГр- м2/(с- кг) он
направляется для выдержки на площад-
ку временного хранения.
Элекгродуговые печи. Схема установки
переплава дуговой печью представлена на
рис. 4.14. Фрагментированный металл
после глубокой дезактивации периоди-
чески загружается в плавитель электро-
печи 1 совместно с флюсом. Отводимые
газы разбавляются воздухом, проходят
огнезаградительное устройство 2, метал-
локерамический фильтр 3, очищаются
в фильтрах грубой и тонкой очистки 4 и 5
и направляются в вентиляционную трубу.
Расплавленный металл периодически сли-
вается в изложницы 14, установленные
Рис. 4.14. Схема установки переплава металлических отходов:
1 — печь плавления; 2 — огнезаградительное устройство; 3 — металлокерамический фильтр;
4, 5 — фильтры; 6 — контейнер-сборник; 7 — вакуум-насос; 8 — гидрозатвор; 9 — емкость;
10 — насосы; 11 — эжектор; 12 — мерник; 13 — теплообменник; 14 — контейнеры для металла;
15 — контейнеры для шлака; 16 — поворотное устройство
на поворотном устройстве 16 (или на лен-
точном транспортере). Шлак сливается
в контейнеры 15 и направляется на упа-
ковку в стандартные металлические бочки,
а затем (при необходимости) — в железо-
бетонные контейнеры с габаритными раз-
мерами 1000 х 1200 х 1400 мм.
Вместимость печи плавления может
составлять 1—6 т, а производительность
по расплаву — 1,3...3 т/ч при потребляе-
мой мощности 800—2240 кВт.
Если после переплава радиоактивного
металла слитки превышают допустимые
нормативы по активности, помещать их
в могильник (захоранивать) нет необходи-
мости. Достаточно перед использованием
выдержать их в контролируемой зоне в те-
чение расчетного установленного времени.
Результаты проведенных исследований
показали, что при переплаве металла,
удельная мощность дозы гамма-излучения
которого состаачяет 0,5 • 10-4 нГр • м2/(с
• кг) и который может быть снят с радиа-
ционного контроля по существующим
нормативам, образуются шлак и пыль с
удельной активностью около 105 и 107 Бк/
кг соответственно.
Индукционно-шлаковый переплав в пе-
чах с «холодным» тиглем. Как показала
практика, применение электродуговых
и воздушно-индукционных печей созда-
ет проблемы со сбором и переработкой
пыли и шлака, а система газоочистки гро-
моздка и дорога. Однако и применение
индукционных вакуумных печей имеет
существенный недостаток в виде весьма
ограниченного срока службы плавильных
тиглей (менее 50 плавок) и изложниц,
что приводит к образованию дополни-
тельных объемов неперерабатываемых
вторичных РАО. Альтернативой этим
установкам являются индукционные печи
с «холодным» тиглем (ИПХТ). Из опы-
та, полученного в России, Японии,
Франции при переработке металлических
отходов низкого и высокого уровней
активности в стендовых и промышлен-
ных ИПХТ, следует, что коэффициент
уменьшения объема отходов составляет
5—6, коэффициент дезактивации металла
по Cs и Sr достигает 98 %, а по альфа-
излучающим нуклидам — более 98 %.
Разработана технология для индукци-
онно-шлаковой плавки металлических от-
ходов всех уровней активности без пред-
варительной жидкостной дезактивации в ин-
дукционных печах с «холодным» тиглем.
Этот процесс, называемый ИШПО-ХТ
(рис. 4.15), предусматривает расплавление
измельченных до размеров 300—500 мм
отходов в «холодном» тигле при приме-
нении до 5 % по массе оксифторидного
флюса, формирование и выталкивание из
тигля монолитного слитка дезактивиро-
ванного металла, переработку методом
цементирования или остекловывания об-
разующегося шлака, содержащего основ-
ную массу долгоживущих радионукли-
дов Cs, Sr, Pu.
Подобный процесс плавления высоко-
активных металлических отходов, раз-
рабатываемый во Франции, предусмат-
ривает плавку отрезков оболочек твэлов
в печи с «холодным» тиглем с вытягива-
нием слитка из тигля. Переработка кон-
цевых деталей тепловыделяющих сборок
в этом случае проводится в индукцион-
ной сталеплавильной поворотной печи
с керамическим тиглем и отливкой слит-
ков в формы.
Сущность процесса ИШПО-ХТ со-
стоит в следующем. Фрагментированный
металл из бункера-накопителя поступает
в дозатор, затем порционно загружается
и «холодный» тигель. Плавка проводит-
ся с применением солевых флюсов, пор-
ционно загружаемых вместе с металлом
Рис. 4.15. Схема процесса ИШПО-ХТ
в количестве 3—6 % массы предназна-
ченного для дезактивации металла. Ос-
новной эффект дезактивации металла
достигается за счет химического взаимо-
действия компонентов флюса и оксидов
продуктов деления, находящихся в поверх-
ностных слоях дезактивируемого метал-
ла. Радионуклиды переходят в шлак, кон-
центрирующийся на внешней поверхно-
сти слитка металла. Образовавшийся
шлак, содержащий основную массу ра-
дионуклидов, отделяется от слитка и под-
вергается дополнительной переработке
в целях его безопасного хранения.
Дезактивация при индукционно-шлако-
вой плавке достигается за счет перераспреде-
ления радионуклидов между металлом
и солевым флюсом. При этом коэффи-
циент очистки металла будет тем выше,
чем более химически активным будет
применяемый солевой расплав по отно-
шению к радионуклидам, находящимся
Таблица 4.5. Распределение радионукли-
дов, % массы, в продуктах индукционной
плавки низкоактивной нержавеющей стали
Радио- нуклид Слиток Шлак Пыль и газовая фаза
54Мп 95 5 —
55Fe Около 100 Следы —
“Со 90 10 Следы
63Ni 90 10 —
65Zn Следы 10
90sr + 90y Около 5 Около 95 Следы
134Cs, 137Cs Следы Около 50 —
144Ce Около 50 Около 50 —
154Eu 5 95 —
235u. Следы Около 98 Следы
241Pu Следы Около 98 Следы
в оболочках твэлов. В качестве флюса ис-
пользуют солевые системы двух составов:
при плавке нержавеющей стали —
CaF2 (22,5 %) + MgF2 (6,5 %) +
+ СаО (27,5 %) + SiO2 (20,0 %) 4-
+ А12О3 (6,0 %) + Fe2O3 (9,0 %) +
4- В2О3 (6,0 %) + Na2O (2,5 %);
при плавке циркониевых сплавов —
CaF2 (60,0 %) + MgF2 (20,0 %) +
4- СаО (13,5 %) + SiO2 (6,5 %).
Основными достоинствами установки
ИШГЮ-ХТ по сравнению с электро-
дуговыми и индукционными с керамиче-
ским тиглем печами являются: компакт-
ность и малая материалоемкость обору-
дования; длительный ресурс работо-
способности (до 10 лет); компактность
Таблица 4.6. Распределение радионукли-
дов, % массы, в продуктах переплава высоко-
активных материалов
Радио m кл ид Слиток Шлак Пыль и газовая фаза
l37Cs 0,3 39,5 60,2
106Ru+106Rh 95,0 4,5 0,5
90Sr + 9°Y 3,5 90,5 6,0
б0Со 99,97 0,02 0,01
239Pu 0,1 99,5 0,4
и упрощенность газоочистки (процесс
проводится в малом печном объеме, за-
полненном инертным газом); малые ко-
личества флюса (3—5 % массы металла)
и образующегося шлака; отсутствие
изложниц и другого литейного оборудо-
вания; высокое качество получаемого
металла; возможность дистанционного
контроля и управления процессом плав-
ления и демонтажа оборудования; воз-
можность остекловывания образующегося
шлака в ИПХТ. Распределение радионук-
лидов в продуктах индукционной плав-
ки представлено в табл. 4.5 и 4.6.
Технология переплава на основе порош-
кообразного топлива в термохимических
реакторах. Топливо в смеси с дезакти-
вируемым металлом образует низковяз-
кий расплав с температурой 1550—1700 °C.
Во внутреннюю обечайку 7 (рис. 4.16)
термохимического реактора с порошко-
образным теплоизолятором на основе ра-
зовых стальных цилиндрических обеча-
ек помещается смесь фрагментов стали
и порошковое металлизированное топливо.
В основание 1 реактора засыпается песок.
Рис. 4.16. Термохимический реактор
для плавления и объемной
дезактивации расплава металла
с применением порошкообразного
металлизированного топлива:
1 — песочное основание; 2 — воспла-
менитель; 3 — смесь фрагментов
листовой стали с порошковым
металлизированным топливом;
4 — теплоизолятор; 5 — устройство
нагрева; 6 — стальная многоразовая
обечайка; 7 — разовая обечайка;
8 — пламегаситель-фильтр грубой
очистки; 9 — зонт; 10 — фильтр
тонкой очистки; 11 — вентилятор;
12 — матричный блок для иммобили-
зации радионуклидов;
13 — слиток переработанного металла
Пространство между обечайками 6 и 7
заполнено порошкообразным теплоизо-
лятором 4 (полевым шпатом, искусствен-
ной слюдой или их смесью с песком),
в который помещено нагревательное
устройство 5. На песчаном основании 1
размещают электровоспламенитель 2.
Термохимический реактор оборудован
фильтрами грубой 8и тонкой 10 очистки.
Процесс в термохимическом реакторе
с применением порошкового металлизи-
рованного топлива обеспечивает плавле-
ние и расслоение расплава на слиток ме-
талла и слой шлака, который в свою оче-
редь образует матричный блок для им-
мобилизации радионуклидов.
После срабатывания элекгровоспламе-
нителя 2 фронт экзотермических реак-
ций в смеси распространяется снизу
вверх. Парогазообразные продукты час-
тично фильтруются слоями топлива,
а жидкие продукты термохимического
превращения обеспечивают плавление
стальных фрагментов.
Продукты деления и активации,
образующие устойчивые оксиды и иные
неметаллические соединения, имеют не-
высокую плотность, поэтому всплывают
и входят в состав жидких шлаков.
Радионуклиды в виде металлов, родствен-
ных по своим химическим свойствам
железу (Ni, Со, Мп, Fe, Сг и др.), кон-
сервируются в стальном слитке. Извест-
но применение экзотермических компо-
зиций в промышленных масштабах для
получения ценных металлов и сплавов
алюмотермическим и силикотермическим
методами.
Другим вариантом реализации пере-
плава металла является использование
установки, предложенной промышленной
компанией «Техномет», в виде непрерыв-
но действующего топливокислородного
плавильного агрегата «Магма», имеюще-
го оригинальную систему охлаждения
корпуса жидкометаллическим теплоноси-
телем (рис. 4.17).
В установке «Магма» внутренняя по-
верхность корпуса агрегата защищена
шлаковым гарнисажем, образующимся
на ней вследствие интенсивного отвода
тепла от корпуса жидкометаллическим
МРО
У'*- I Отходящие газы
f Очищенные газы в трубу
I___. Пыль
J ГАЗО-
| ОЧИСТКА
Контейнер
для захоронения
отходов
газы
Устройство7
для подогрева МРО
Удерживающие
/пальцы
Отходящие газы МРОГ ^дтхплящие
Лмро газь1
Кислород
Ковш
Чистый
металл
Радиоактивный
шлак /
Шихтовые слитки
Рис. 4.17. Дезактивация металлических радиоактивных отходов с помощью
установки «Магма»
теплоносителем. Плавильный агрегат
имеет систему загрузки радиоактивно
загрязненного металла и флюсов, улав-
ливания и очистки газов, раздельного
выпуска металла и шлака. Для утили-
зации тепла отходящих газов агрегат
снабжен герметичным шахтным подогре-
вателем загружаемых металлических
радиоактивных отходов, а для обеспече-
ния безопасной работы агрегата и об-
служивающего персонала — средствами
контроля и автоматизации технологиче-
ских йроцессов.
Процесс плавления загружаемых в аг-
регат подогретых до 750 °C радиоактив-
но загрязненных металлов осуществляется
непрерывно в жидкой ванне расплавлен-
ного металла в окислительных условиях,
что дает возможность ускорить плавле-
ние и улучшить дезактивацию, умень-
шить образование пыли. Для ассимиля-
ции окисленных, удаляющихся из металла
радионуклидов над расплавленным
металлом наводится и поддерживается
постоянно слой нагретого до 1600—1650 °C
окисленного шлака низкой основности
(2—3 % массы расплавленного металла).
Чистый дезактивированный металл
периодически (или непрерывно) сливают
из плавильной камеры в разливочный
ковш, установленный на «чистой» сторо-
не агрегата, и разливают на шихтовые
слитки, используемые после дозиметри-
ческого контроля для выплавки стали.
Загрязненный радионуклидами шлак
периодически сливают из агрегата непо-
средственно в контейнеры для захоронения
отходов. Кислый шлак с высоким содер-
жанием оксидов железа не рассыпается
со временем, не размывается водой и яв-
ляется идеальным материалом для погло-
щения и хранения радионуклидов.
Уловленная в газоочистке пыль, со-
держащая радионуклиды, вдувается ин-
жекторами в шлаковый расплав и, асси-
милируясь шлаком, вместе с ним попадает
в контейнеры для захоронения.
Производительность типового агрегата
«Магма» по проплавленному металлу —
от 50 до 200 тыс. т в год.
Если дезактивация металла методом
переплава не позволяет вывести металл
из-под регулирующего контроля, то при
условии выдержки в течение определен-
ного времени в будущем данный металл
можно будет повторно использовать.
Основным дозоопределяющим нукли-
дом для сталей и чугуна является 60Со
(7^2 = 5,26 года), а для сплавов цирко-
ния — 95Zr (Т1/2 = 64 сут). Если сплавы
циркония при хранении в течение, на-
пример, пяти лет почти полностью теряют
активность [d < 2,5 • 10~5 нГр • м2/(с- кг)],
то для снижения до приемлемых уров-
ней активности сталей, обусловленной
содержанием 60Со, требуется выдержка
в течение порядка 45 лет (Р « 200 мР/ч),
однако уже после 20 лет выдержки около
90 % сталей можно утилизировать.
Решение о регенерации и повторном
ограниченном или неограниченном ис-
пользовании материалов и деталей обо-
рудования зависит от многих факторов,
из которых одни действуют в пределах
конкретного предприятия или страны,
а другие носят международный характер.
К таким факторам относятся:
наличие нормативных критериев,
определяющих допустимый уровень ра-
диоактивности материалов, предназна-
ченных для неограниченного или огра-
ниченного использования; *
наличие технологии и установок для
регенерации радиоактивного металлолома;
наличие контрольно-измерительной
аппаратуры для определения норматив-
ных уровней радиоактивности и программ
гарантий качества для соблюдения этих
нормативов;
влияние регенерации материалов на
сохранение природных ресурсов;
экономические показатели, характери-
зующие стоимость дезактивации, захо-
ронения отходов и рыночную стоимость
получаемых материалов;
социально-политические взгляды в от-
ношении регенерации и повторного
использования материалов и деталей обо-
рудования.
В целях оптимального использования
могильников и хранилищ следует сопос-
тавить преимущества и расходы в случае
перехода к регенерации радиоактивного
металлолома с достигаемыми в случае
переплава.
Существует и ряд дополнительных
соображений, которые должны быть
приняты во внимание при выработке
общей стратегии обращения с радио-
активным металлоломом. К таким сооб-
ражениям относятся, во-первых, опасе-
ния металлообрабатывающей промыш-
ленности в отношении повторного
использования металла, получаемого
путем переплава радиоактивного метал-
лолома, и, во-вторых, озабоченность
населения в отношении транспортиров-
ки радиоактивных отходов.
4.11. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ОЗОНА
Для эффективной дезактивации поверх-
ностей из аустенитной стали необходимо
обеспечить растворение пленки оксида
хрома сильным окислителем. Традицион-
ное применение КМпО4 с этой целью свя-
зано с рядом сложностей. Образование
нерастворимого МпО2 препятствует вос-
становлению защитной оксидной пленки
на поверхности после дезактивации и уси-
ливает коррозию, способствует образова-
нию шлама, приводит к генерации радио-
нуклида 56Мп, а использование соедине-
ний церия и ванадия связано со значи-
тельными затратами.
Применение для этих целей озона
позволяет при концентрации в 1000 раз
ниже концентрации перманганата калия
достигать таких же результатов, как и
при применении перманганата, и при
этом наблюдается практическое отсут-
ствие побочных продуктов. До сих пор
использование озона для дезактивации
сдерживалось его нестойкостью и от-
сутствием технологической проработки
решений для промышленного примене-
ния. В настоящее время корпорация
«Тошиба» успешно опробовала техно-
логию озонирования при дезактивации
ГЦН и внутрикорпусных устройств ре-
актора. Эта технология предусматрива-
ет два этапа. На первом из них проис-
ходит восстановление ферритов во
внешнеМ^Ьлое отложений раствором ща-
велевой кислоты и смыв рыхлых отло-
жений 0,2 %-й щавелевой кислотой при
95 °C:
Fe2O3 + (СООН)2 + 4Н} ->
2Fe2 + ЗН2О + 2СО2.
На втором этапе происходит окисле-
ние озоном (О3) оксида хрома во внут-
ренней оксидной пленке (концентрация
озона 3 мг/л при температуре 80 °C при
pH = 3^4):
Сг2О3 + ЗО3 + 2Н2О ->
-» 2СгО4- 4- 4Н+ + ЗО2.
После четырех-пятичасовой обработки
вымывание хрома прекращается. Все ис-
пользуемые реагенты легко разлагаются.
Применение данной технологии про-
демонстрировало :
значительное сокращение образования
отходов по сравнению с традиционными
методами;
возможность обработки замасленного
оборудования без обезжиривания (это
свойство может использоваться при пере-
работке трапных вод и вод спецпрачеч-
ной с большим содержанием органики);
минимизацию поступления солей в со-
ставе ЖРО после дезактивации за счет раз-
ложения комплексообразователей (ЭДТА,
ОЭДФ, щавелевой и лимонной кислот) на
заключительной стадии процесса.
Эксплуатационные затраты на проведе-
ние дезактивации технологических систем
озоном в основном определяются стоимос-
тью электроэнергии и охлаждающей воды.
Стандартно установка для дезактива-
ции озоном включает емкость, смеситель
озона, нагреватель, насос, ионообменные
фильтры; для повышения эффективнос-
ти может оборудоваться ультразвуковы-
ми излучателями.
Данная технология была применена для
дезактивации ГЦН на АЭС «Хамаока»
с такими результатами: выведено 5,4 • Ю10 Бк
радиоактивных продуктов и 3,9 кг металлов;
на первом этапе значение К:1 достигало 14,
на втором —160; за 5 ч обработки озоном
достигнут практически полный смыв хро-
мистого слоя с поверхности.
В настоящий момент повышенный
интерес к внедрению данной технологии
проявляют Англия, Швеция, Россия.
4.12. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Суть данного способа очистки заклю-
чается в разрушении поверхности на опре-
деленную глубину кислотой или иным
метаболитом, образуемым в процессе жиз-
недеятельности применяемых микроорга-
низмов. Для этого нужно создать усло-
вия, которые обеспечивают рост микро-
организмов, путем добавления питатель-
ного субстрата. Загрязненный материал
удаляют с поверхности вакуумным отса-
сыванием, соскабливанием или очищени-
ем щетками либо пескоструйной обработ-
кой. При необходимости деятельность
микроорганизмов прекращают нагреванием
или лишением их питательной среды.
В качестве дезактивирующих могут
применяться аэробные бактерии, окис-
ляющие серу, или анаэробные бактерии,
уменьшающие содержание сульфатов,
или их смесь: Pseudomonas denitrifiicans,
Escherichia coli и др., а также кислотооб-
разующие бактерии, грибки: Coriolus
vermicolo, Aspergillus и др.
В настоящий момент такая технология
разрабатывается Севастопольским универ-
ситетом ядерной энергии и промышленно-
сти. Полученные лабораторные данные сви-
детельствуют о ее высокой эффективности
при проведении дезактивационных работ на
оборудовании и очистке хвостохранилищ.
4.13. СВЕРХКРИТИЧЕСКАЯ
ФЛЮИДНАЯ ЭКСТРАКЦИЯ
В УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ
Сверхкритическая флюидная экстрак-
ция основана на том, что вещества, на-
ходящиеся в сверхкритическом состоянии
(флюиды), при температуре и давлении
выше критических имеют плотность,
близкую к плотности жидкости, что обес-
печивает высокую растворяющую способ-
ность, и вязкость, близкую к вязкости
газов, что обеспечивает большую прони-
кающую способность и высокую скорость
экстракции. Наиболее часто используе-
мое для сверхкритической экстракции со-
единение — диоксид углерода, так как
это вещество нетоксично, доступно, де-
шево и обладает невысокими критиче-
скими параметрами.
Интерес к сверхкритической флюид-
ной экстракции металлов обусловлен
несколькими причинами. Во-первых,
комплексоны растворяются не в воде,
а в жидком или сверхкритическом СО2,
который после насыщения радионукли-
дами может быть легко переведён в газо-
образное состояние, что позволяет резко
(от 20 до 200 раз) снизить объем жидких
радиоактивных отходов. Во-вторых,
испаренный диоксид углерода не будет
содержать радионуклиды и может быть
легко рециклирован. В-третьих, раство-
рившиеся в сверхкритическом или жид-
ком СО2 комплексоны и радионуклиды
после испарения диоксида углерода мо-
гут быть получены в компактной форме.
Исследования показали, что использо-
вание раствора бета-дикетонов и пириди-
на в диоксиде углерода позволяет за одну
операцию удалить 70—75 % актинидных
и редкоземельных элементов с поверхнос-
ти лавсана или хлопка и более 95 % ра-
дионуклидов с поверхности металлов. Не-
обходимый коэффициент дезактива-
ции (100) может быть достигнут повтором
дезактивации в тех же условиях или не-
прерывным введением комплексона
в экстракционную камеру. По сравнению
с традиционными методами, при дости-
жении той же эффективности дезактива-
ции, объем жидких радиоактивных отхо-
дов при использовании СО2 меньше в 20—
200 раз. Поэтому дезактивация в СО2 пред-
ставляется перспективным малоотходным
способом, который влияет на окружающую
среду гораздо меньше, чем традиционные
способы дезактивации.
Данная технология является экспери-
ментальной, проводятся исследования для
ее промышленного внедрения.
4.14. ДЕЗАКТИВАЦИЯ БЕТОНА
Для дезактивации бетона в основном
используют физические способы дезак-
тивации, описанные выше, но ввиду их
высокой затратности и большого объема
отходов при проведении дезактивации
предпринимаются попытки разработки
новых способов. В настоящий момент
наибольшее развитие получили следую-
щие технологии:
с использованием лазера. Способ состо-
ит в воздействии лазерного излучения
высокой энергии на поверхностный слой
бетона с радиоактивным загрязнением,
который при этом остекловывается или
взрывается и отслаивается. При этом не
происходит образование тонкодисперсного
порошка и вторичных радиоактивных
отходов, поверхность можно обрабатывать
под любым углом;
с использованием теплового воздей-
ствия различной природы. Суть способа
заключается в создании термических на-
пряжений при нагреве поверхностного
слоя твердых материалов, загрязненного
радионуклидами, достаточных для разру-
шения этого слоя и его удаления. На-
грев может осуществляться с помощью
газокислородных факелов, экзотерхмиче-
ских смесей, электрического тока и дру-
гих источников тепла. Эффективной для
отслоения бетона может быть и быстрая
смена температуры поверхности;
с использованием энергии ударной вол-
ны. Способ основан на создании меха-
нических напряжений в загрязненном
слое воздействием образующейся при
взрыве взрывчатого вещества ударной
волны. Снятие загрязненного слоя про-
изводят подрывом удлиненных кумуля-
тивных или листовых квазар-зарядов,
взрывОхМ горючей газовой смеси, контак-
тирующей с объектом или слоем взрыв-
чатой композиции, нанесенным на его
поверхность.
Основными недостатками данных спо-
собов является высокая экономическая
стоимость процесса и необходимость со-
блюдения повышенных мер безопасности.
4.15. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ПЛАЗМОЙ
Во многих странах с 1990-х годов раз-
рабатываются технологии дезактивации
и травления металлических поверхностей
с помощью реакционноспособного плазмо-
образующего газа («холодная таЗхМа»),
которые позволяют производитьселек-
тивную очистку металлических поверх-
ностей в результате превращения отло-
жений в летучие, легко испаряющиеся
соединения (фториды, карбонилы) и мини-
мизировать накопление вторичных радио-
активных отходов по сравнению с обыч-
ными технологиями.
Созданные к настоящему времени
плазменные источники различных типов
дают обнадеживающие результаты. Од-
нако до сих пор недостаточно изучены
процессы химических реакций, протека-
ющих на очищаемой поверхности, и не
выработаны рекомендации по оптимиза-
ции процессов очистки. Имеются лишь
отдельные сообщения о результатах экс-
периментов по поверхностному травле-
нию металлов и оптимизации процессов
дезактивации.
4.16. ТЕРМИЧЕСКАЯ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Термический способ дезактивации
поверхностей (металлов, бетона, асфальта)
основан на контактном разогреве загряз-
ненных поверхностей с помощью экзо-
термических металлизированных смесей
(ЭМС). Разогрев дезактивируемой
поверхности осуществляется за счет кон-
тактного теплового действия ЭМС, ко-
торые, будучи распределенными ровным
слоем на загрязненной поверхности, под-
жигаются и в процессе горения выделя-
ют до 25-27 МДж/кг. В процессе бес-
пламенного горения ЭМС на поверхнос-
ти дезактивируемого объекта в течение 10—
20 мин развивается температура от 300
до 1200 °C и выше (в зависимости от со-
става смеси), за счет чего радионуклиды
десорбируются с поверхности и адсорби-
руются в более холодном слое продуктов
горения ЭМС — шлаке. Шлак имеет
пористую структуру с сильно развитой
поверхностью, способной поглодать
десорбированные радионуклиды. После
остывания шлак удаляется механическим
путем вместе с загрязнением.
ЭМС представляют собой высокоме-
таллизированные порошкообразные ком-
позиции, включающие инициирующие
и горючие компоненты, а также различ-
ные технологические добавки. Вариации
составов смесей, а также вид и количест-
во используемых добавок обеспечивают
основные движущие факторы процесса
дезактивации: температуру и продолжи-
тельность нагрева поверхности, а также
прочность адгезии шлаков окисленных
смесей с обрабатываемой поверхностью.
Использование тех или иных ЭМС оп-
ределяется, главным образом, характером
дезактивируемой поверхности и глуби-
ной загрязнения.
Дтя дезактивации асфальтовых поверх-
ностей используются смеси, разогреваю-
щие поверхность асфальта до 200—250 °C.
Это обеспечивает перевод асфальта в термо-
пластичное состояние и облегчает меха-
ническое удаление его загрязненных сло-
ев на требуемую глубину (от нескольких
миллиметров до 10 см). Температура и вре-
мя нагрева асфальта зависят не только
от состава применяемой смеси, но и от
толщины ее слоя на дезактивируемой
поверхности.
В процессе дезактивации асфальтовых
поверхностей, сопровождающейся значи-
тельном тепловыделением (25—27 МДж/кг),
можно выделить четыре стадии: иници-
ирование процесса, окисление состава
Рис. 4.18. Схема распределения
температурных зон при контактном
беспламенном разогреве асфальто-
бетонного покрытия
собственным окислителем, окисление со-
става диффундирующими компонентами
воздуха и остывание шлаков. При этом
явно выражены две стадии процесса.
Первая стадия — окисление собствен-
ным окислителем: тепловыделение не
превышает 290—830 кДж/кг в зависимо-
сти от процентного содержания собствен-
ного окислителя; температура не превы-
шает 400—500 °C; время выхода на ста-
бильный режим окисления на 1 м2 по-
верхности составляет 25—30 с.
Вторая стадия контролируется законо-
мерностями объемной диффузии компо-
нентов воздуха в массу состава и зави-
сит от температуры, размера и объема пор
в исходной смеси и шлаках. При проте-
кании данной стадии на поверхности ас-
фальта выделяется шесть зон (рис. 4.18).
Зона 1 — зона шлаков, через которые
диффундирует воздух. Ее температура
600—9005°С. Здесь также идет реакция
окисления компонентами воздуха не про-
реагировавших в нижней зоне частиц
металлов.
Зона 2 — зона, в которой протекает
основная реакция окисления. Наличие
этой зоны с жидким металлом обеспечи-
вает сохранение системой формы в по-
левых условиях даже при сильном ветре.
Ее температура около 660 °C.
Зона 3 состоит из шлаков и характе-
ризуется скачкообразным падением тем-
пературы в системе из-за контакта с на-
греваемым объектом. Ее температурные
характеристики зависят от теплофизиче-
ских свойств нагреваемого объекта: чем
меньше теплоемкость и теплопроводность
нагреваемого объекта, тем выше средняя
температура смеси.
В зоне 4 происходят сложные физи-
ко-химические процессы массопереноса
и хемосорбции от асфальта к шлакам;
ее толщина составляет 0,5—1 мм, темпе-
ратура — 150...300 °C. Как правило, ас-
фальтовое связующее (битум) в этой зоне
подвергается пиролизу, пористость и сы-
пучесть асфальтобетона в ней прибли-
жаются к пористости и сыпучести напол-
нителей. При увеличении продолжитель-
ности нагрева толщина зоны может уве-
личиваться.
Зона 5 — зона разогретого до 120—170 °C
асфальта. Зоны 4 и 5 и есть тем резуль-
татом, ради которого проводится нагрев,
так как при необходимости покрытия
в этих зонах легко снимаются простыми
скребками или другими несложными
приспособлениями (при небольших объе-
мах работ), а при увеличении масштабов
дезактивации слой загрязненного покры-
тия можно удалять с помощью приспо-
соблений дорожных машин.
Зона 6 — зона неразогретого асфальта.
На рис. 4.19 приведена термограмма про-
цесса. Как видно из рисунка, в условиях
естественной подачи воздуха температура
разогрева используемого асфальтового
Рис. 4.19. Термограмма процесса окисления
СПВЛ на поверхности асфальтобетонного
покрытии:
1 - 190...300 °C; 2 - 350...500 'С; 3 - выше 500 °C
покрытия не превышает 280—300 °C, что
существенно ниже температуры воспла-
менения битума, являющегося основным
связующим асфальтобетонных покрытий.
Процесс легко механизируется и эко-
логически безопасен. Его преимущество
перед обычной механической очисткой
заключается в том, что он позволяет уда-
лять весьма незначительные слои покры-
тия, строго в пределах границ загрязне-
ния. Кроме того, способ незаменим при
дезактивации трещин в асфальтовом по-
крытии и ликвидации локальных заг-
рязнений самой различной формы
(табл. 4.7).
Дтя повышения эффективности дез-
активации бетона разработаны ЭМС,
обеспечивающие при своем горении не
только разогрев поверхности бетона, но
1 2 3 4 5
Рис. 4.20. Установка для термической дез-
активации:
1 — зонт-газосборник; 2 — фильтрующее
устройство; 3, 4 — соединительные металло-
рукава; 5 — элекгроручной вентилятор
и сцепление загрязненного слоя бетона
со шлаками. В результате окисления ука-
занных смесей, разогрева и возникнове-
ния термических напряжений в поверх-
ностном слое происходит отслаивание
верхнего загрязненного слоя бетона вместе
со стеклообразным шлаком, который лег-
ко удаляется механическим путем. Таким
образом, за один акт дезактивации про-
изводится практически полная очистка
загрязненной поверхности бетона.
Таблица 4.7. Характеристики процесса термической дезактивации
Тип поверхности Максимальная температура на поверхности, °C Дл1 ггельность процесса, мин Унос аэрозолей, % массы ЭМС Эффективность дезакти- вации за один акт,%
Асфальт 400 15 0,2-2,0 100*
Бетон 1300 20 0,2-1,0 90-95**
Металл 1100 20 0,2 90—95***
* При глубине загрязнения до 7 см
** При глубине загрязнения 0.5-0,7 см
*** При глубине загрязнения до 50 мкм
Параметрами, в значительной степе-
ни определяющими экологическую чис-
тоту обсуждаемого способа дезактивации
поверхностей, являются концентрация
и размеры образующихся частиц аэрозо-
лей, а также доля уносимой в ходе про-
цесса активности.
Для реализации этого способа на объек-
тах ГУП МосНПО «Радон» (Россия) изго-
товлена и испытана опытная установка
(рис. 4.20), позволяющая дезактивировать
асфальтированные поверхности с глубиной
загрязнения 10 см и выше, бетонные по-
верхности с глубиной загрязнения до 1 см,
металлические поверхности с глубиной за-
грязнения до нескольких миллиметров.
В настоящее время совместно с Обнинским
институтом атомной энергетики разрабаты-
вается модификация этого способа для
дезактивации не только горизонтальных,
но и вертикальных поверхностей.
Предложенный способ термической
дезактивации поверхностей с использо-
ванием порошкообразных экзотермиче-
ских металлизированных смесей, являю-
щихся автономными источниками энер-
гии, характеризуется:
достаточно высокой эффективностью
при реализации его для очистки асфаль-
товых и бетонных поверхностей (для дез-
активации металлических поверхностей
требуется доработка процесса с целью раз-
рушения верхнего слоя металла, обога-
щенного радионуклидами);
экологической безопасностью, так как
токсических веществ при окислении ЭМС
не образуется, а унос радионуклидов не-
значителен и полностью предотвращает-
ся системой газоочистки дезактивацион-
ного модуля;
простотой реализации и надежностью;
может быть весьма эффективным при
ликвидации локальных загрязнений по-
верхностей производственных помещений
и объектов окружающей среды, в том чис-
ле загрязнений аварийного характера.
Глава 5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОВЕДЕНИЯ ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ
В данной главе представлены способы
дезактивационных работ, которые в силу
своей специфики требуют применения
специальных технологий или мероприя-
тий по их реализации.
5.1. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
СПЕЦОДЕЖДЫ И СРЕДСТВ
ИНДИВИДУАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ
Радиоактивное загрязнение спецодежды
(СО) и средств индивидуальной защиты
(СИЗ) имеет свои особенности. СО и СИЗ
могут быть загрязнены жиромасляными от-
ложениями, лакокрасочными покрытиями,
цементной и металлической пылью, сажей
и уличной грязью, липкими веществами,
которые закрепляются на тканях, проникая
между волокнами в поры и щели.
Загрязнение СО и СИЗ обычно про-
исходит при контакте с радиоактивной
поверхностью и в результате оседания
радиоактивных веществ из воздуха. СИЗ,
к которым относятся защитные костю-
мы, фартуки, чулки, перчатки, изготов-
ленные из синтетических и полимерных
материалов, подвергаются главным обра-
зом поверхностному загрязнению.
Эффективность дезактивации опреде-
ляется не только особенностями самих
радиоактивных загрязнений, но и свой-
ствами материала, из которого изготав-
ливается одежда.
Способностью волокон, тканей, спец-
одежды поглощать и удерживать различ-
ные по химической природе и физиче-
ской форме вещества определяется степень
загрязнения. Свойства поверхности волок-
на определяют специфический характер его
загрязненности. Так, шерсть загрязняется
по краям чешуек, хлопок — в углублени-
ях и зазубринах, ацетатные волокна — в
каналах и бороздках, синтетические во-
локна, имеющие гладкую поверхность, —
в мелких трещинах и щелях.
В общем виде процесс загрязнения во-
локон, тканей состоит из следующих фаз:
осаждения частичек пигментов из
внешней среды на поверхность волокна;
адсорбции загрязнения внешней по-
верхностью волокна;
диффузии загрязнения внутрь волокна;
фиксации загрязнений волокнами.
Основными факторами, влияющими на
загрязнение, являются статическое элект-
ричество, износ тканей, жиромасляные
пленки, структура и вид ткани. Известно,
что синтетические волокна накапливают ста-
тическое электричество, и это приводит к их
интенсивному загрязнению, особенно в тру-
щихся местах. Чем тоньше волокно или чем
более изношено, тем больше на нем накап-
ливается загрязненность. Жир способствует
не только большему накоплению, но и удер-
жанию пигментных загрязнений.
Загрязняемость тканей зависит не
только от загрязняемости волокон, но и от
структуры нитей и самой ткани. Ткани —
это фильтр, на поверхности которого
остаются крупные частицы, а более мелкие
проникают внутрь. Загрязнения, разме-
щенные равномерно по всему изделию,
называют общими, а образовавшие от-
дельные пятна — местными. Общее за-
грязнение пигментными частицами созда-
ется в результате диффузии частиц раз-
мером до 0,1 мкм из воздуха, оседание
более крупных частиц (1—2 мкм) проис-
ходит путем электростатического притя-
жения частиц размером 0,2—0,5 мкм из
потока воздуха.
Многолетние наблюдения за загряз-
няемостью одежды показали, что при ее
носке в течение 50—100 ч масса нерадио-
активных загрязнений составляет 1,5—3 %
массы изделия. Загрязнение спецодежды,
как правило, зависит от типа производ-
ства, в которой она используется. Ос-
новной результат загрязнения изделий —
изменение их физических, химических
и механических свойств.
Силы, удерживающие загрязнения на
волокнах, имеют химическую, физиче-
скую и механическую природу. Наиболее
прочное связывание загрязнений с во-
локнами происходит в результате обра-
зования химических (ковалентных) свя-
зей. Такие связи образуют ненасыщен-
ные жирные кислоты, эфирные масла,
смолы. Жиры и масла, в основном, удер-
живаются капиллярными силами, пиг-
ментные частицы — сорбционными
и электростатическими. Чем меньше раз-
мер частиц, тем глубже проникают они
внутрь ткани и пряжи и тем прочнее
удерживаются силами трения и адсорб-
ции. Тонко дисперсные частицы прони-
кают в дефектные участки поверхности
волокон, более крупные располагаются
между волокнами, частицы еще большие
помешаются между нитями волокон, са-
мые крупные остаются на поверхности
ткани и удерживаются выступающими
волокнами.
Механическое удерживание увеличи-
вается в присутствии жировых веществ
на волокнах. Масляная пленка обуслов-
ливает адгезию частиц к поверхности,
а силы адгезии, в свою очередь, зависят
от толщины и вязкости пленки масла.
Ткани по степени загрязнения пылью
можно расположить в следующей после-
довательности: ацетатная < шерстяная <
< вискозная < нейлоновая < полиэфир-
ная < хлопковая.
По загрязненности жиром ткани мож-
но расположить в следующей последова-
тельности: шерстяная < полиэфирная <
< полипропиленовая < вискозная < ней-
лоновая < ацетатная < хлопковая.
При изучении загрязнения волокон из
водной среды оказалось, что гидрофоб-
ные ткани (не смачивающиеся водой —
типа лавсана, полипропилена, нейлона)
поглощают больше жиров, чем гидро-
фильные (смачивающиеся водой — типа
хлопок, ацетатное волокно).
В среде перхлорэтилена (широко при-
меняемого в химчистке) сильнее загряз-
няется хлопок.
Загрязняемость шерстяных и хлопковых
тканей увеличивается с увеличением в них
содержания жира. Так, если при содержа-
нии жира 0,5 % загрязняемость тканей пы-
лью принять за 100 % , то при содержании
жира 2,5 % этот показатель увеличивается
для шерсти на 157 %, для хлопка — на 165 %.
Степень загрязнения одежды изменя-
ется в процессе ее носки. Износ тканей
и изделий происходит под влиянием сле-
дующих факторов:
механических (сжатие, трение, растя-
жение, изгибы, кручения);
физико-химических (вода, моющие
средства, тепло, воздух, свет, загрязне-
ния, органические растворители);
биологических (грибы плесени, моль,
микроорганизмы).
СО и СИЗ изнашиваются в результа-
те разного рода воздействий: белье, на-
пример, — под воздействием пота, стирки,
истирания; СИЗ — под влиянием света
и погоды, механических воздействий,
загрязнений, органических растворителей.
Износ изделий, в свою очередь, суще-
ственно влияет на мероприятия по дез-
активации СО и СИЗ.
Рассмотрим основные особенности по-
ведения различных тканей при износе.
Шерстяные ткани, поглощая воду,
набухают в длину на 1,1—1,2 %, а в попе-
речном направлении — до 16 %. После
отжима мокрого шерстяного волокна
в нем остается 39—44 % воды. Шерстя-
ные изделия высушиваются в 5 раз мед-
леннее, чем нейлоновые. При водной
стирке шерстяные изделия легко подда-
ются усадке, сворачиваются, форма их
с трудом восстанавливается. Кислоты не
оказывают разрушающего действия на
шерстяные изделия, однако если попав-
шую на шерстяную ткань кислоту не от-
мыть, возможен гидролиз волокна. По-
вышение температуры гидролизует волок-
на. Обработка шерсти пероксидом водо-
рода, применяющимся для беления,
вызывает разрушение цистиновых (серо-
содержащих аминов) связей. Наиболее
сильное разрушение волокна происходит
при pH > 7,0. Восстановители обесцве-
чивают шерсть при длительной выдерж-
ке (более 2 ч). При нагревании в горя-
чем воздухе (150 ЭС) в течение 5 ч шерсть
приобретает желтый оттенок. Шерстяные
изделия удерживают до 25—35 % перхлор-
этилена от их массы; последний увели-
чивает растворимость шерсти в щелочи,
уменьшает содержание жира, снижает
прочность и пушистость. Жиры увели-
чивают устойчивость шерсти. Устойчи-
вость к истиранию зависит от структуры
ткани и вида переплетения.
Набухание волокон хлопка и льна в по-
перечном направлении составляет 14—30 %,
в длину — лишь 0,1...1,2 %, набухание
волокон вискозного волокна — 25...52
и 2,3...7 % соответственно. На изнаши-
вание тканей и изделий из хлопчатобу-
мажных тканей влияние оказывают СМС
и тип машины, применяемые для стир-
ки. В растворе СМС «Лотос-автомат» об-
щий износ после 25 стирок в барабан-
ной машине составляет 25 %, в акгива-
торной — 18 %. Износ тканей от стирок
происходит также под влиянием органи-
ческих растворителей и ПАВ, наиболь-
шее влияние оказывают трихлорэтилен
и фреон-113.
Полиамидные и полиэфирные волокна
(капрон, нейлон, лавсан и др.) удержива-
ют до 13 % влаги. Водные растворы
окислителей (пероксид водорода, гипо-
хлорит натрия, хлорная известь) разруша-
ют полиамиды, поэтому рекомендуется
использовать для отбеливания не их,
а надуксусную кислоту или перманганат
калия. Лавсан стоек к пероксиду водорода.
Полиамиды достаточно устойчивы к ще-
лочам. Устойчивость полиэфирных воло-
кон к щелочам ограничена. Полное разру-
шение лавсана происходит при обработке
5 %-м раствором гидроксида натрия в те-
чение 1 ч при температуре 180 °C. ПАВ не
влияют на износ лавсана, капрона, нейло-
на. В ряде случаев после обработки в вод-
ном растворе ПАВ они становятся более
устойчивыми к многократным изгибам, чем
сходные лавсановые и капроновые ткани.
Полиэфирные волокна (лавсан) са-
мые эластичные из всех синтетических
волокон. При вытягивании их на 6 %
удлинение полностью обратимо. Устой-
чивость к деформации очень высока, по-
этому изделия практически несминаемы
даже во влажном виде. Полиэфирные
волокна более стойки к действию кис-
лот, чем полиамидные. Такие кислоты,
как фосфорная, плавиковая, щавелевая,
уксусная в концентрированном виде при
температуре до 80 °C не разрушают волокна,
поэтому могут применяться для стирки
с целью удаления пятен.
В последние годы увеличилась доля
химических волокон в смешанных тка-
нях из натуральных и химических воло-
кон. По всей видимости, смешанные тка-
ни будут преобладать и в будущем. Су-
ществует много модификаций известных
в настоящее время трех типов химиче-
ских волокон (полиамидные — капрон,
нейлон, перлон и др.; полиакриловые —-
нитрон, орлон, дралон, дипель, вераль;
полиэфирные — лавсан, тревира, вестан,
териталь, дакрон) по химическому соста-
ву, способу получения и обработки. Наи-
более распространены следующие составы
смешанных тканей:
полиамид — хлопок;
полиамид — вискозный шелк;
полиэфирное волокно — лен;
акриловые волокна — шерсть;
акриловые волокна — хлопок.
В зависимости от количества входя-
щих в ткань химического волокна, хлопка
или льна отношение массы белья к коли-
честву моющего раствора может меняться
от 1:25 до 1:7.
Другим важным фактором, влияющим
на эффективность дезактивации СО
и СИЗ, является растворимость соеди-
нений, в которых находятся загрязняю-
щие радионуклиды. Ряд растворимости
основных труднорастворимых солей
стронция следующий: SrHPO4 < SrSiO3 <
< SrCO3 < SrSO4 < SrCl2, а солей цезия —
(Cs,Na)[(Al,Fe)SiO6] < C^MnC^ < CsC104.
Самым старым способом, который
применялся для дезактивации СО и СИЗ
при испытании ядерного оружия в США
в 1940-х годах, служила их вытруска
(встряхивание, сметание щетками, вакууми-
рование). Естественно, данный способ
малоэффективен (К2 обычно не превы-
шает 2) и может быть рекомендован в ка-
честве предварительной дезактивации.
Развитие знаний о природе радиоактив-
ных загрязнений, а также необходимость
гигиенической обработки одежды сдела-
ли основным в настоящее время спосо-
бом дезактивации СО и СИЗ стирку.
Стиркой называют процесс освобож-
дения спецодежды, спецобуви и средств
индивидуальной защиты от загрязнений
при помощи водных растворов ПАВ.
Процесс дезактивации стиркой осуществ-
ляется в две стадии. Первая заключается
в удалении радиоактивных загрязнений
с обрабатываемой поверхности и их
переносе с одежды в дезактивирующий
раствор. Вторая связана с удержанием
радиоактивных загрязнений в объеме
дезактивирующего раствора. Механиче-
ское перемешивание в процессе стирки
позволяет более полно извлечь загрязне-
ния, которые находятся в складках,
изгибах и других труднодоступных мес-
тах одежды.
Перед стиркой производятся дозимет-
рический контроль загрязненной одеж-
ды и сортировка ее в зависимости от вида
и степени загрязнения и свойств ткани.
Это связано с тем, что допустимые уров-
ни загрязнения альфа-активными радио-
нуклидами ниже, чем бета-активными.
Кроме того, возможна сортировка и по
типу одежды: верхняя, защитная, специ-
альная, белье.
Дезактивация стиркой предусматрива-
ет чередование ряда последовательных
операций, а именно: собственно стирка,
полоскание и отжим. Стирок может быть
несколько, по самому жесткому режиму —
^не более четырех. Обычно коэффициент
дезактивации после такой обработки
достаточно высок и в среднем равен 50.
Таким образом, технология дезакти-
вации СО и СИЗ должна исключать воз-
можность образования труднораствори-
мых соединений в процессе стирки и спо-
собствовать переводу загрязнения в ра-
створ как в форме воднорастворимых
соединений, так и солюбилизированной
форме дисперсных труднорастворимых
соединений.
Моющими действиями обладает как
вода, так и водные растворы ПАВ. По-
следние называют усилителями удаления
загрязнений с поверхностей тканей, по-
лихлорвиниловой пленки и других мате-
риалов СИЗ.
Система водный растворитель — из-
делия — загрязнения — усилители ха-
рактеризуется сложностью и многофак-
торностью. Количество водного раство-
рителя в литрах, приходящееся на 1 кг
массы изделия, называется водным
модулем. В стиральных машинах чаще
всего используется водный модуль 5^-8.
Волокнистые материалы (ткани) в вод-
ных средах способны к ограниченному
набуханию. Оно вызывает ослабление
связи загрязнений с растягивающейся
поверхностью волокна, между ними про-
никают молекулы ПАВ, которые раскли-
нивают связь загрязнения с тканью и от-
деляют загрязнение от поверхности во-
локон. В результате частицы загрязне-
ний, даже такие, как цемент, сажа, не
говоря уже о слипшихся твердых жиро-
масляных частицах, распадаются на более
мелкие, которые под расклинивающим воз-
действием ПАВ могут разрушаться еще на
более мелкие тонкодисперсные частицы.
Это свойство ПАВ под названием адсорб-
ционное понижение прочности открыто со-
ветским академиком П. А. Ребиндером.
Моющие вещества, адсорбируясь на
поверхности загрязнений, образуют от-
рицательный заряд; частицы, отталкива-
ясь друг от друга, более прочно удержи-
ваются в растворе. Однако измельчение
загрязнений и образование на поверхно-
сти отрицательного заряда не исключает
их осаждения на ткань.
Набухшее волокно пронизано множе-
ством пор, в которые проникают вода,
частицы загрязнений и ПАВ. Площадь
внутренней поверхности системы пор
в хлопковых, шерстяных волокнах состав-
ляет примерно 100 м2/г. Для исключе-
ния проникновения в поры загрязнен-
ных частиц и их закрепления в ПАВ
вводят специальное вещество — карбокси-
метилцеллюлозу (и подобные ей), обла-
дающее способностью закрепляться на
поверхностях и придавать им отрицатель-
ный заряд. Вследствие этого исключает-
ся оседание загрязнений по ткани, т. е.
исключается приобретение серого оттенка
и застирывание белья после многократ-
ных стирок.
Загрязнения на СО и СИЗ отличают-
ся разнообразием состава, размерами час-
тиц, физическим состоянием и силами
их фиксации на волокнах. Это объясня-
ется различными видами работ, выпол-
няемых обслуживающим персоналом
предприятия. Источником загрязнения
являются окружающая среда и челове-
ческое тело.
В зависимости от среды, в которой
находится человек, меняется и состав за-
грязнения одежды, СИЗ и соответственно
удельная активность. Одежда ремонтно-
го персонала содержит большое количе-
ство гряземасляных загрязнений, метал-
лической пыли, клеевых веществ и т. п.
Загрязнения закрепляются на одежде
и СИЗ механически в результате про-
никновения твердых частиц между
волокнами: прилипания гидроксидных
паст, лакокрасок, липких и клейких
веществ; впитывания гряземасляных
веществ в виде паст и жидкостей в щели
и трещины волокна; притяжения электри-
чески заряженных частиц и др. Практиче-
ски все белье содержит выделения пота
и кожный жир.
Все виды загрязнения разделяют на
две группы: растворимые в воде и нераство-
римые? К растворимым относятся угле-
воды, мочевина, поваренная соль, кис-
лоты, основания и соли. Нерастворимые
загрязнения — сложные полидисперсные
системы в виде твердых частиц (пыль,
цемент, песок, металлическая пыль и др.),
жиромасляные (жиры, жирные кислоты,
масла, нефтепродукты, белки — кровь,
аминокислоты пота и др.).
Степень загрязненности белья нахо-
дится в пределах 1,5—4,0 %. Как прави-
ло, в составе загрязнений половина и бо-
лее — жиромасляные загрязнения, т. е.
водонерастворимые. Они прочно удержи-
ваются волокнами тканей за счет липко-
сти и удерживают другие твердые части-
цы — песчинки пыли, цемент, сажу и т. п.
Жировые загрязнения являются связую-
щим веществом для пигментных нера-
створимых частиц и способствуют их
переносу в макро- и мезопоры. Адгезия
(сцепление) таких загрязнений основана
на межмолекулярном взаимодействии.
В результате расклинивающего и дис-
пергирующего действия ПАВ эти загряз-
нения образуют дисперсии, устойчивость
которых зависит от концентрации СМС,
температуры при стирке, турбулентности
потока моющего раствора в стиральной
машине и пр. В нейтральных и кислых
системах жировые загрязнения могут уда-
ляться, в основном, путем эмульгирова-
ния, а в щелочных растворах — омыле-
ния и эмульгирования.
ПАВ образуют в воде равновесные
коллоидные системы, способствуют сма-
чиванию ткани и проникновению воды
во все поры, щели в волокнах и вытес-
нению загрязнений как с поверхности,
так и из объема ткани, занимая их место
на волокнах. Поскольку ПАВ хорошо
растворимы в воде, при полоскании они
удаляются, и их место на ткани занимает
вода, которая испаряется в процессе стар-
ки белья.
Вещества, оседающие на тканях и обес-
печивающие ее смачивание—набухание
и удаляющие загрязнения, называют
поверхностно-активными веществами.
Все моющие средства — мыла, ТМС,
СМС за их комплексный эффект при
стирке (удаление загрязнений, отбелива-
ние волокон, подсинивание, дезинфици-
рующее действие ит. п.) называют
поверхностно-активными моющими веще-
ствами.
В качестве моющих веществ, хорошо
зарекомендовавших себя, используется
несколько типов ПАВ: сульфонаты на
основе нефтепродуктов; алкилсульфаты;
неионогенные ПАВ на основе жирных
спиртов и др. (табл. 5.1). Оценка эффек-
тивности по ряду параметров представ-
лена в табл. 5.2.
ПАВ являются не единственными
компонентами СМС (в отличие от мыла,
не содержащего никаких других веществ),
но самыми главными, обеспечивающи-
ми удаление загрязнение с тканей.
Составы моющих средств. В качестве
активных добавок во всех СМС применя-
ют фосфаты, карбонаты, силикат натрия,
карбоксиметилцеллюлозу, триполифосфат.
Фосфаты связывают соли жесткости (Са2+,
Mg2+, Fe2+, Fe3+ и др.) по схеме
Na2[Na4(PO3)6] + Са2+ ->
->Na2[Na2Ca(PO3)6] + 2Na2+;
Na2[Na4(PO3)6] + 2Са2+ ->
-> Na2[Ca2(PO3)6] + 4Na+.
Таблица 5.1. Основные поверхностно-активные вещества, вводимые в состав ТМС
Торговое название Состав ГОСТ (Т\э Состояние Область применения
Поногенные ПАВ
Сульфонат Смесь натриевых солей с алкилсульфокислот с алкильными остатками, содержащими 12- 18 атомов углерода 6-01-34-65 Чешуйки от жел- того до светло- коричневого цвета Смачивающий, моющий и эмульгирующий компонент
Сульфоно- лыНП-1. НП-3 Смесь натриевых солей алкилбензолсульфокис- лот и сульфоната натрия 3877-66 Порошок от кре- мового до светло-желтого цвета Моющий компонент
Сульфонол хлорный Смесь натриевых солей алкилбензолсульфокис- лот с алкильными остат- ками. содержащими 12- 18 атомов углерода 35-85 Пластинки или зерна от желтого до светло- коричневого цвета Моющий, смачивающий, эмульгирующий компонент
Масло ализарино- вое Смесь сульфированных масел — Жидкость Моющий, смачивающий компонент
Окончание табл. 5.1
Торговое название Состав ГОСТ (ТУ) Состояние Область применения
Неионогенные ПАВ
Препарат ОС-20 Смесь полиэтиленгликолевых эфиров высших жирных кислот 10730-82 Воскообразная твердая масса от светлого до желтого цвета Эмульгирующее и стабилизиру- ющее средство
Препараты ОП-4, ОП-7, ОП-Ю Смесь полиэтиленглико- левых эфиров моно- и диалкалфенолов 12.10.268-63 Маслообразная жидкость коричневого цвета
Препарат ДБ-10 Смесь полиэтиленглико- левых эфиров ди-три- бутилфенолов 12.10.139-61 Вязкая темная жидкость Смачиватель угольной пыли (в угольной промышленности)
Прокса нол-186 Блок-сополимер оксидов пропилена и этилена - Паста светло- желтого цвета Моющий и де- эмульгирующий компонент
Сингамид-5 Смесь этаноламидов синтетических жирных спиртов 02-10-02-70 Смачивающий, моющий и эмуль- гирующий компо- нент
Синтанол ДС-10. ДТ-7 Смесь полиэтиленглико- левых жиров синтети- ческих жирных кислот 6-14-313-69
Оксифос-Б Калийная соль диалки- лового эфира фосфорной кислоты - Вязкая светло- желтая жидкость
Оксифос КД-6 Смесь алкилфосфатов - Вязкая светло- коричневая жидкость
"В
Таблица 5.2. Относительная оценка эффективности ПАВ (1 —- слабая, 2 — хорошая,
3 — очень хорошая)
Свойство Ионогенные ПАВ Неиоиогенные ПАВ
алкил- сульфо- наты алкил- сульфаты алкил- а ри л суль- фонаты гидрокси- этилиро- ванные алкилфе- нолы 6» гидрокси- этилирован- ные высшие жирные спирты
Смачивающая способность 3 2 3 2 3
Диспергирующая способность 1 2 - 2 3
Эмульгируемость 1 2 3 3 3
Склонность к пенообразованию 3 2 3 1-2 1
Устойчивость пены 1 2 3 1 2
Способность удерживать загрязнения 1 2 2 2 3
Биоразлагаемость 3 3 1-3 1-2 2
Моющая способность 1 2 3 3 3
Полифосфаты растворяют карбонаты,
связывают соли тяжелых металлов:
Na2[Na4(PO3)6] + MgCO3 -+
Na2[Mg(PO3)6] + 2Na2CO3;
Na2[Na4(PO3)6] + CaCO3 ->
-> Na2[Ca(PO3)6] + 2Na2CO3.
Кальциевые, магниевые и железистые
мыла превращаются в натриевые мыла:
RCOCf
RCOQ
->2RCOONa +
Me + Na2[Na4(PO3)6]->
Na2[(Fe,Ca)(PO3)6].
Na2l(Fe,Mg)(PO3)6],
Na2[(Ca,Mg)(PO3)6).
где Me — Fe, Ca, Mg.
Полифосфаты суспендируют пигмен-
ты, удерживают их в тонко дисперсном
состоянии. Они обладают буферным
действием, стабилизируя pH среды. Их
комплексообразующая способность зави-
сит от температуры, pH, природы соли.
Наряду с гексаметафосфатом (Na6P6O18)
широкое применение в СМС получили
пентанатрийфосфат (Na5P3O10), тетранат-
рийфосфат (Na4P2O7) или тетранатрий-
пирофосфат. Основная роль фосфатов
в качестве умягчителей воды, что дает
возможность стирать в воде любой жест-
кости, в составе СМС этим не ограни-
чивается. Совместно с другими ПАВ они
проявляет синергизм в комплексном воз-
действии на растворимость таких трудно-
растворимых соединений, как диоксид
плутония, шпинели и плавы горячих
частиц. В кислой среде при pH = 7,0
и повышенных температурах триполи-
фосфаты, гидролизуясь, образуют комп-
лексы пиро- и ортофосфатов: HP3Ojfo,
H2p3ofo. НРО4-, н2ро4. нр2о?;~ и др.
Эти комплексы способствуют ускорению
перевода в раствор как труднораствори-
мых горячих частиц, так и образованию
на крупных частицах отрицательного
заряда, что способствует их переходу
в раствор в солюбилизированном виде.
Важно и то, что полифосфаты нейтраль-
ны к волокнам тканей и конструкцион-
ным материалам стиральных машин.
Наибольшее использование для дезак-
тивации СО и СИЗ находят триполи-
фосфат и гексаметилфосфат. Они хоро-
шо связывают радиоактивные изотопы Sr,
PuO2+ , UO^ , Fe2+ и другие в раство-
римые в воде комплексы или могут вы-
ступать в роли ионообменных.
Для дезактивации фосфаты применя-
ются совместно с ПАВ, щавелевой и ли-
монной кислотами в виде растворов с со-
держанием 4—6 г/л фосфатов. В этом
случае они больше выступают как раство-
рители загрязнений в виде горючих час-
тиц. Комплексообразующая способность
некоторых фосфатов, выраженная коли-
чеством граммов металла на 100 г фос-
фатов, составляет:
Фосфаты Са2+ Mg2+ Fe3+
Тетранатрий - пирофосфат 4,7 8,3 0,273
Тетранатрий - фосфат 18,5 3,8 0,092
Пентанатрий- фосфат 13,4 6,4 0,184
Гексаметафосфат натрия 19,5 2,9 0,031
В синтетические моющие средства
в количестве 5—15 % вводится силикат
натрия, или «растворимое стекло»; иногда
силикат натрия используется самостоя-
тельно как моющее средство для стирки.
Участвуя в моющем процессе, он пред-
отвращает оседание загрязнений на ткань,
предохраняет металлические поверхнос-
ти стиральных машин от ржавчины.
Перборат натрия NaBO2 • ЗН2О • Н2О2
является химическим отбеливателем тка-
ней. Он, гидролизуясь, особенно эффек-
тивен при кипячении:
NaBO2 • Н2О2 ++ Na+ 4- ВО2- • Н2О2 ++
<->Н+ 4- НОО" -> ОН' + О0 ->
->2О° -> О2.
Образование молекулярного кислоро-
да снижает отбеливающее действие, по-
этому в СМС вводят ингибитор — три-
лон Б (ЭДТА). Оптимальный эффект пер-
бората натрия достигается при темпера-
турах стирки выше 60 °C в присутствии
трилона Б.
В щелочной среде при pH = 94-12
независимо от температуры трилон Б
образует с «поставщиками» пероксида
водорода надуксусную кислоту, которая
сама является отбеливающим средством.
Кроме отбеливания перборат натрия спо-
собствует образованию пены и при кон-
центрации 3—4 г/л дает щелочную среду
с pH = 9. При содержании 3—5 г/л пер-
бората в растворе степень белизны по-
вышается на 10 %.
Сода (Na2CO3) придает определенную
щелочность растворам. Стирка льняных
и хлопчатобумажных тканей эффектив-
на при pH > 10,0. Поэтому в некоторые
СМС вводят до 10—15 % Na2CO3, иног-
да — бикарбонат натрия (pH % 8,2),
обладающий буферным свойством неза-
висимо от концентрации в растворе.
В качестве комплексообразователя по-
мимо фосфатов и аминополикарбоновых
кислот наибольшее значение для дезак-
тивации имеют этилдиаминтетрауксусная
кислота (ЭДТА) и ее двунатриевая соль
или трилон Б — двухзамещенная и че-
тырехзамещенная натриевая соль. Три-
лон Б представляет собой белое кристал-
лическое вещество, растворимое в воде,
состава
NaOOCCH2\ / СН2СООН
)n-ch2-ch2-n/
НООССН2 / \CH2COONa
Это вещество добавляется в ТМС и
СМС в качестве комплексообразователя
с катионами второй (Са24, Mg24, Sr2+),
третьей (Се3+, Al3+, La3+, Y3+), четвертой
(Zi44, Hi44), шестой (U024, PuO2+, U4+,
Pu44,...) и восьмой (Fe24, Co24, Ru44 и др.)
групп периодической системы элементов.
Особенно прочные комплексы трилон Б
дает с редкоземельными металлами, ко-
бальтом, хромом, сурьмой; растворимые
в воде комплексы с ураном, плутонием,
торием, цирконием образуются только
при избытке трилона Б.
Для дезактивации в кислых растворах
лучше применять трилон А (нигрилуксус-
ная кислота):
/СН2СООН
hooc-ch2-n/
\сн2соон
Растворимость в воде трилона А низ-
ка: 1,5—2 г/л при 20 °C. Нитрилуксусная
кислота образует устойчивые комплексы
с двухвалентными металлами Sr24, Са24,
Mg24, Fe24. Смесь щавелевой кислоты
(4—5 г/л), трилона Б (2—3 г/л), трилона А
(1—1,5 г/л) и добавка Н2О2 (2—£ г/л)
хорошо дезактивируют грязную спец-
одежду и спецобувь. Этой смесью дез-
активируются окрашенные поверхности
стен и оборудования (стиральные маши-
ны, центрифуги и т. д.).
Все СМС содержат ПАВ, которые под-
разделяются на ионогенные и неионо-
генные. Ионогенные ПАВ в воде распа-
даются на ионы:
C17H35COONa о С17Н35СОО" + Na+;
ci6H33COONa <“> С16Н33СОО-+ Na+;
ci5H3iCOONa С15Н31СОСГ + Na4.
В составе обычного жирового
CnH2//+1COONa 40—60 % солей стеари-
новой, пальметиновой, линолевой и оле-
иновой кислот. В настоящее время в спец-
прачечных для дезактивации мыла при-
меняются ограниченно. Их недостатки
связаны с образованием:
при гидролизации — свободной ще-
лочи, которая снижает прочность шер-
стяных и шелковых тканей;
в жесткой воде — труднорастворимых
кальциевых и магниевых солей, которые
оседают на волокна тканей, загрязняя их;
в кислой среде — жирных кислот, ко-
торые не обладают моющим действием.
Поэтому в СМС для дезактивации
мыла заменяют на ионогенные и неионо-
генные ПАВ; в водных растворах первые
ассоциируют на ионы, а вторые — нет.
Комбинация неионогенных и ионоген-
ных ПАВ способствует усилению очистки
тканей от загрязнений — образованию
синергентных смесей, повышающих
смачиваемость, эмульгируемость, склон-
ность к пенообразованию и удержива-
нию загрязнений в коллоидном состоя-
нии, а тем самым улучшают моющую
способность тканей.
Химический механизм процесса стир-
ки. Радионуклиды в «загрязнении», глав-
ным образом, представлены соединения-
ми типа простых Me//OZZI(UO2, PuO2, SrO,
Cs2O и др.) и сложных форм образова-
ния MenMe’pMe~’Ow, где Me , Me ,
Me — различные элементы периодиче-
ской системы: кальций, магний, железо,
алюминий, кремний, цезий, уран, плуто-
ний и др.
По растворимости в воде (с добавка-
ми растворителей или без них) оксиды
радионуклидов можно классифицировать
на четыре группы (категории): хорошо
растворимые; умеренно растворимые;
труднорастворимые; нерастворимые.
В воде с естественной концентрацией
солей растворимость радионуклидов
составляет от п • 10-7 до п • 10“10 Ки/л.
Добавка в водный раствор солей соедине-
ний типа бикарбоната аммония
(HN4HCO3), диаммонийкалийфосфата
([(NH4)2KPO4]), мочевины ([CO(NH2)2]),
хлорида калия (КС1), кислот типа щаве-
левой (Н2С2О4), соляной (НС1), азотной
(HNO3) и других значительно повышает
растворимость радионуклидов.
В вислых смесевых растворах типа
гексаметафосфата натрия со щавелевой
или лимонной кислотой растворимость
радионуклидов повышается на порядок
и более в сравнении с водой. Добавка
к указанной смеси перекиси водорода
(пергидроля) ускоряет разрыхление и рас-
творение оксидов простого и сложного
типа на два порядка и более. Перекись
водорода — слабая кислота, которая спо-
собствует переводу оксидов в пероксиды
и гидроксиды.
Оксиды простого типа (MewOw) —
Cs2O, RuO, RuO2, Ru2O5, RuO3, ZrO2,
NbO2, Nb2O5, Sb2O3, Co2O3, CoO, UO2,
UO3, Am2O3 и др. — с перекисью водо-
рода образуют как кислоты, так и пере-
кисные соединения по реакции:
Cs2O + Н2О2 -» 2HCsO (CsOH);
PuO2 + Н2О2 —> PuO4 + 2Н2О;
UO2 + 2Н2О2 -> UO4 + 2Н2О;
UO2 + Н2О2 -> H2UO4;
RuO + H2O2 -> H2RuO3;
RuO2 + H2O2 -> H2RuO4;
ZrO2 + H2O2 H2ZrO3 + 0,5 O2.
Сложные оксиды типа MewMepOw
разрыхляются и растворяются в раство-
рах с добавкой перекиси водорода луч-
ше, чем без добавки. Так, в растворе гек-
саметафосфата натрия и щавелевой кис-
лоты растворение ускоряется за счет пос-
ледовательного цикла реакции на
поверхности частиц:
Cs2O SiO2 + 2Н2О2 -> 2CsOH + H2SiO3;
2CsOH + H2C2O4 -> Cs2C2O4 + 2H2O;
6CsOH + 6(NaPO3) -> 6NaCsHPO4,
что позволяет быстро растворять части-
цы твердых веществ даже сложнейших
форм и находящихся в оплавленном
состоянии:
2Cs2O RuO2 SiO2 + 2Н2О2 +
+ 4Н2С2О4 + 6(NaPO3) -»
-> 2Ru(C2O4)2 + 2H2SiO3 +
+2Na3PO4 + 4CsH2PO4.
Из последней реакции видно, что не-
большая добавка перекиси водорода спо-
собствует полному растворению соли
и эффективному превращению гексаме-
тафосфата в соли фосфорной кислоты,
которые хорошо стабилизируют перекись
водорода и тем самым снижают катали-
тическое разложение перекиси водорода
на воду и кислород:
2Н2О2 + катализатор —> 2Н2О +О2.
Разложение перекиси водорода при ее
концентрации в водном растворе до 10 г/л
с повышением температуры до 60 °C идет
медленно или умеренно (при наличии
катализаторов увеличивается с повы-
шением температуры) и растет при
дальнейшем увеличении температуры.
Гексаметафосфат натрия стабилизирует
перекись водорода.
На спецодежде радионуклиды могут
находиться в виде твердых частиц пыли
и в трудноудаляемой сложной адсорби-
рованной на тканях форме, а также в раз-
личных степенях окисления в виде сор-
бированных на тканях растворимых или
полимеризованных форм. Например, ру-
тений-106 и церий-144 образуют соеди-
нения, сорбированные на тканях: руте-
ний — со степенью окисления от 0 до 8,
а церий — от 2 до 4. Щавелевая кислота
и гекса метафосфат натрия незначитель-
но изменяют степени окисления этих
элементов в отличие от перекиси водо-
рода. Для одних элементов она является
окислителем, для других — восстанови-
телем. Данное явление способствуеъпе-
реводу сорбированной формы радионук-
лидов на поверхности ткани в соедине-
ния, растворимые в смеси гексаметафос-
фата и- щавелевой кислоты + перекиси
водорода + ПАВ или легко флотируе-
мые поверхностио-активными вещества-
ми (ОП-7, ОП-Ю, ДБ-10, ДС-10), что
в свою очередь способствует переводу
твердых частиц с поверхности ткани
в водный раствор.
В щелочных растворах перекись во-
дорода образует пероксиды. Как кислота
она взаимодействует со щелочами, обра-
зуя, например, с кальцинированной со-
дой соединения типа
Na2CO3 + Н2О2 -> Na2O2 + СО2 + Н2О;
Na2CO3 + Н2О2 -> Na2CO3 • Н2О2.
В водном растворе протекают обе эти
реакции. Образующиеся пероксиды спо-
собствуют лучшему переходу оксидных
соединений радионуклидов в раствори-
мую форму. Особенно хорошо растворя-
ются труднорастворимые оксиды транс-
урановых элементов, например UO2,
U3O8, РиО2, АшО2 и др.:
PuO2 + Na2CO3 + Н2О2 —>
-> Na6[PuO2(CO3)4] + 2NaOH;
UO2 + 3Na2CO3 + H2O2
-> Na4[UO2(CO3)3] + 2NaOH;
UO2 + 4NH4HCO3 + H2o2 ->
-> (NH4)4[UO2(CO3)3] + 3H2O + co2.
Рис. 5.1. Влияние pH на коэффициент
дезактивации
В первых двух реакциях образующийся
гидроксид натрия снижает растворимость
тетракарбонатплутоната и трикарбонат-
уранилата натрия. Растворимость образу-
ющейся соли трикарбонатуранилата
аммония в последней реакции высокая
(при 20 °C - 25 г/л).
В смеси кальцинированная сода +
+ гексаметафосфат натрия + ПАВ добавка
перекиси водорода ускоряет скорость
растворения простых и сложных оксидов
радионуклидов, т. е. повышает скорость пе-
рехода их со спецодежды в водный раствор.
Смесь бикарбоната аммония и перекиси
водорода десорбирует с тканей в виде хоро-
шо растворимых соединений урана, плуто-
ния, америция и других радионуклидов.
В смеси с бикарбонатом аммония
NH4HCO3 и карбонатом аммония
(NH4)2CO3 перекись водорода на два и
более порядка увеличивает растворимость
соединений кобальта, цинка, рутения,
циркония, ниобия и других элементов
за счет образования аммонийных комп-
лексных соединений, хорошо раствори-
мых в воде. В аммонийно-карбонатной
среде растворимость многих элементов
выше, чем в содовом растворе.
Кроме того, известно, что перекись
водорода является хорошим отбеливателем
для белого спецбелья (нательного, поло-
тенец, чепчиков). При концентрации в ра-
створе менее 10 г/л Н2О2 (менее 1 %)
окрашенная спецодежда слабо обесцве-
чивается. В концентрации до 1 % она без-
вредна и не разрушает спецодежду, а в сме-
си с бикарбонатом или карбонатом аммо-
ния это хорошее дезинфицирующее сред-
ство, которое к тому же исключает
возможность образования неприятных
запахов. Растворы перекиси водорода
в 1—3 %-м Н2О2 широко применяются
в медицине как дезинфицирующее средство.
Растворы с концентрацией менее 1 %
Н2О2 практически не действуют на кож-
ный покров тела человека, т. е. не вызы-
вают ожогов.
В процессе стирки должна исключаться
возможность образования труднораство-
римых соединений на волокнах тканей.
Загрязнения необходимо либо переводить
в форму, растворимую в водном раство-
ре, либо в солюбилизированную форму.
Установлено, что СМС эффективно
работают (обеспечивают большие коэффи-
циенты дезактивации по а Р У -излу-
чателям) в области определенных значе-
ний pH (рис. 5.1). Оптимальными усло-
виями для кислых сред является интер-
вал pH = 2,5-г4,0, для щелочных — pH =
= 8-НО,5.
В интервале этих значений pH все
ткани стойки, т. е. не подвержены раз-
рушению при температурах до 100 °C.
При pH < 1,5 и pH > 10,5 ткани под-
вержены разрушению, особенно хлопча-
тобумажные и льняные, а при pH > 10,8
разрушаются шелковые и некоторые синте-
тические волокна. При pH = 5-i-7 коэф-
фициенты дезактивации, как правило, пре-
вышают 5,0, а в некоторых случаях — 10.
Все зависит от вида загрязнения, его ра-
створимости и пептизации (перехода
в коллоидную форму).
При подборе дезактивирующих рецеп-
тур важно, чтобы ПАВ не только эффек-
тивно стирали — снимали загрязненность
с поверхности ткани, но и обладали эф-
фектом расклинивания и солюбилизацией
не растворяющихся дисперсных частиц.
Рецептуры кислых дезактивирующих
составов:
Состав (г/л) pH
Н2С2О4 (5-15) ................. 2,0-2,3
Н2С2°4 (20—60)................ 1,76-1,85
Н2С2О4 (80-100)................ 1,6-1,76
Концентриро-
ванная Н2О2 (330-370).......... 3,5-3,6
Н2С2О4 (80) + Н2О2 (6)+
+ СФ-2У (10)................... 1,7
Н2С2О4 (80) + Н2О2 (6) +
+ СФ-2У (10)................... 1,7
Н2С2О4 (30-60)4-
4- Астра (5—10) 4-
4- СФ-2У (5-10)................ 1,7 ± 0,1
Н2С2О4 (50-80) +
4- Астра (2,5—10).............. 1,6-1,8
Н2С2О4 (5-10) 4-Астра (3-5) +
4- СФ-2У (3-5)................. 2,0 ± 0,1
Н2С2О4 (5-20) 4-
4-Лотос (5-10) ................ 1,8 ± 0,1
НЭС2О4 (50-100) 4- Лотос (5-10) 4-
4- СФ-2У (5) .................. 1,65 ± 0,15
Н2С2О4 (5-10) 4-
4- Славянка (5-10)............. 2,0 ± 0,1
Н2С2О4 (5-10) +
+ Славянка (5-10) 4-
+ СФ-2У (5-10)................. 2,0±0,1
Н2С2О4 (10-30) 4
4 трилон Б (2,5-10)............ 2,2±0,12
Н8С6О7 (10-30) +
4- Н2С2О4 (5-10)............ 2,5-2,9
Н8С6О7 (10) 4- Н2С2О4 (10).. 2,9
Н8С6О7 (10) 4- Н2С2О4 (10) 4-
4- трилон Б (10)........... 2,45
Н2С2О4 (20) 4- трилон Б (5) +
4- Н2О2(6)..................2,0
Н2С2О4 (25-50) 4- Лоск (5) 4-
4- СФ-2У (5)............... 2,05
Н2С2°4 <5) + Лоск 4
4- СФ-2У (5)................2,85
Н2С2О4(3-5) 4- Астра (3-5) 4-
4- трилон Б (3-5)........... 2,3—2,5
Н8С6О7 (1-3) 4- Н2С2О4 (3- 5) 4-
4- трилон Б (1-3) +
4- Астра (3-5)..............2,5—2,7
Н2С2О4 (4-6) 4- Астра (4-6) +
4- трилон Б (2-3) +
4- Na2CO3 (1-5)............. 3,2-4,0
Н8С6О7 (1-2) 4 Н2С2О4 (4-8) +
4- Астра (5-6) + трилон Б (2-3) +
4- Na2CO3 (1-5)............. 3,4-4,0
Рецептуры щелочных дезактивирую-
щих составов:
Состав (г/л) pH
Лотос (5-15).................9,9 ± 0,1
Лотос (5) + СФ-2У (5)........9,5
Славянка (5-10)..............8,4 ± 0,1
Славянка (5) + СФ-2У (5).....8,7
СФ-2У (5- 20)................9,9 ± 0,1
Астра (5-20).................11 ±0,2
Лоск (5-15)..................10,0 ± 0,1
Био С (5-10).................10,3
Спейс с отбеливателем (5-10) .... 10,55 ± 0,1
NH4HCO3 (50-НО)..............8,3 ± 0,1
NH4HCO3 (60-110) +
+ Н2О2 (3-12) .................8,2 ± 0,1
NH4HCO3 (60-110) +
+ Н2О2 (12) 4 трилон Б (10).8,05
Na2CO3 (10-70)..............11,5 ± 0,2
Na2CO3 (50-70) 4
4 Н2О2 (1,5-5)..............10,5-10,7
NH4HCO3 (40) 4
+ Астра (10) ...............9,3
NH4HCO3 (40) 4 Астра (10) 4
4 Н2О2 (3-5)................8,9 ± 0,1
Na2CO3 (50-70) 4
4 Н2о2 (3-5) 4 Астра (5-10) .... 10,45 ± 0,1
Na2CO3 (60) 4
Астра (10) 4 СФ-2У (10).....11,5
Na2CO3 (40) 4 Астра (10)....11,6
Na2CO3 (50-70) 4 Н2О2 (2-5) 4
4 Астра (5) 4 СФ-2У (5).....10,5 ± 0,2
NH4HCO3 (10-20) 4
+ Астра (5-10) 4
4 СФ-2У (5) 4 Н2О2 (3-5)....8,3 ± 0,1
NH4HCO3 (10-20) 4
4 СФ-2У (5) 4 Астра (5) 4
+ Н2О2 (3) 4 трилон Б (1)...8,3
Na2CO3 (5-10) 4 СФ-2У (5) 4
4 Астра (5) 4 Н2О (1,5-3)... 10,5 4 0,3
Из кислых дезактивирующих соста-
вов наибольший интерес в очистке СО
и СИЗ представляют следующие смеси:
щавелевая кислота + СМС, содержа-
щее перборат, + трилон Б;
щавелевая кислота + лимонная кис-
лота + СМС, содержащее перборат на-
трия, + трилон Б, с добавкой или без
добавки соды.
Щавелевая кислота (Н2С2О4 • 2Н2О) —
органическая кислота. При действии на
перманганат калия обесцвечивает его с вы-
падением в осадок двуокиси марганца:
Н2С2О4 + 2КМпО4 ->
К2С2О4 + 2МпО2 + Н2О.
С кальциевыми солями (хлорная из-
весть, гидроксиды, хлористый кальций
и др.) образует труднорастворимые соли
оксалата кальция:
Са(ОН)2 + Н2С2О4 -+ СаС2О4 + 2Н2О;
СаС12 + Н2С2ОН -» СаС2О4 + 2НС1.
ПАВ (сульфонол НП-3, НП-7, ОП-7,
ОП-Ю, СМС и др.) хорошо растворимы
в воде, их можно вводить в сухом виде,
в виде паст и растворов в стиральные ма-
шины. Необходимо помнить, что в сти-
ральных моющих порошках присутствует
сода кальцинированная, которая нейтра-
лизует щавелевую кислоту по реакции
Н2С2О4 + Na2CO3 -»
—> Na2C2O4 + СО2 + Н2О,
что может привести к существенному
снижению эффективности дезактивации.
Однако оксалат натрия также является
растворителем многих соединений радио-
нуклидов. Данные составы эффективно
удаляют активные а -, р - и у -излуча-
тели, отстирывают и хорошо отбеливают
белье и спецобувь. Введение в кислые
растворы трилона Б способствует снятию
с СО и СИЗ лакокрасочных пятен, ржав-
чины и других видов пятен.
В табл. 5.3 и 5.4 приведены данные
по растворимости карбоната кальция
СаСО3 и накипи (СаСО3, CaSO4, MgCO3,
FeCO3, MgSO4 и др.) в водных раство-
рах трилона Б в виде динатриевой, три-
натриевой и тетранатриевой солей.
Полнота растворения карбоната каль-
ция достигается при отношении:
динатриевая соль/СаСО3 = 3,54-4,0;
тринатриевая соль/СаСО3 = 3,84-4,0;
тетранатриевая соль/СаСО3 > 4,0.
Таблица 5.3. Растворимость карбоната кальция в растворах трилона Б при различных
значениях pH, температуре 25 °C и встряхивании в течение суток
Соединение (трилон Б: двух-, трех-, четырехзамещенное) Концентрация трилона Б, г/л pH водного раствора Растворимость СаСОз,£/л
исходного после растворения
Na2H2(CH2COO)3 +N2(CH2)2 5.09 4,63 8,17 1,27
10,51 4,44 8,65 3.53
20,98 4,37 7,85 6,32
41,99 4,30 7,72 11,93
Na3H(CH2COO)4+N2(CH2)2 5,32 7,93 9,35 1,43
10,42 7,75 9,54 2,90
21,37 7,76 9,20 5,42
42,43 8,40 9,56 10.97
Nai(CH2COO)., +N2(CH2)2 5,58 10,60 10,85 1,41
11,24 10,80 11.0 2,80
22.37 11.02 10,83 5.46
44.74 12.95 12.85 10.87
Полнота растворения накипи дости-
гается при отношении:
динатриевая соль/накипь = 10-^17;
тринатриевая соль/накипь = 3,5-г4,0;
тетранатриевая соль/накипь = 3,5^-4,0.
В трилоне Б растворяются практичес-
ки все радионуклиды в количестве 10—
100 мг/л и более. Этого достаточно, что-
бы в раствор перевести такие радионук-
лиды, как Cs, Sr, Pu, Am, Zr, Nb, Fe,
Cr, Co, Мп, V и другие, содержащиеся
в СО и СИЗ. При наличии в кислой
оксалатной среде фосфатов, боратов,
сульфатов, пероксидов и других комп-
лексонов растворимость простых и слож-
ных оксидов соединений радионуклидов
повышается.
Трилон Б эффективен как в кислых,
так и щелочных водных растворах. Ра-
створимость СаСО3 практически не за-
висит от pH раствора и растворение спо-
собствует стехиометрической схеме:
СаСО3 + Н2у2- о СА у2" + СО2+ Н2О;
СаСО3 + Ну3- о СА У2 + НСО3;
СаСО3 + у4- <-> СА у2- + СО32~.
Для придания моющим средствам
определенной щелочности в СМС вво-
дят соду. В то же время есть данные, что
для этих целей лучше использовать би-
карбонат натрия NaHCO3, а также до-
бавлять бикарбонат аммония NH4HCO3.
Таблица 5.4. Растворимость натуральных (накипи) образцов карбонатных солеотло-
жений в растворах трилона Б при температуре 25 °C и встряхивании в течение суток
Соединение (трилон Б: двух-, трех-, четырехзамещенное) Концентрация трилона Б, г/л Общая растворимость натурального образца, г/л
CaSO4 СаСОз
Na;H2(CH2COO)4+N2(CH2)2 5,09 0,35 0.26
10,51 1,30 0,95
20,98 2.43 1,79
41,99 3,67 2,69
Na3H(CH2COO)4+N2(CH2)2 5,32 2,08 1,53
10,42 4,06 2,98
21,37 7,05 5,18
42,43 15,83 11,64
Na4(CH2COO)4+N2(CH2)2 5,58 1,89 1.39
11.24 3,87 2.84
22.37 6.18 4.51
Технология стирки. Белье стирают в ав-
томатизированных или неавтоматизиро-
ванных стиральных машинах. Загрузоч-
ную массу белья определяют паспортно-
загрузочной массой стиральных машин
и степенью загрязнения белья.
Ориентировочные режимы обработки
в автоматизированных стиральных маши-
нах приведены в табл. 5.5. Первая стирка,
как правило, кислая, вторая и третья —
щелочные. Рекомендуемая технология
обработки универсальна.
Общая продолжительность стирки без
крахмаления составляет 70...90 мин,
с крахмалением — 90...95 мин.
Первая стирка — кислая обработка,
предназначена для растворения трех типов
загрязнений: хорошо-, умеренно- и слабо-
растворимых, а труднорастворимые либо
полностью или частично растворяются,
либо превращаются в соединения, раство-
римые при щелочных второй и третьей
стирках. Иногда применяют на первой
стирке жёсткую щелочную обработку.
Вторая стирка — щелочная обработка,
растворяет хорошо-, умеренно- и частич-
но слаборастворимые загрязнения с пре-
вращением их в гидроксидные, фосфат-
ные, карбонатные соединения, которые
при наличии комплексонов и перекис-
ных соединений переходят в раствори-
мые комплексные соединения.
Третья стирка — слабощелочная обра-
ботка, растворяет остатки гидроксидных,
Таблица 5.5. Режимы стирки белого и цветного белья
Операция Температура ванны, °C Расход воды, дм3/кг (л/кг) белья Время обработки, мин
Первая стирка 30-50 4-6 10-15
Первое полоскание 50-60 6-8 5
Второе полоскание 60-70 8 5
Вторая стирка 70-95 4-6 10-15
Первое полоскание 70-90 6-8 5
Второе полоскание 70-90 6-8 5
Третья стирка с отбеливателем 70-95 4-6 10-15
Первое полоскание 60-70 8 5
Второе полоскание 50-60 8 5
Третье полоскание 40-30 8 5
Четвертое полоскание 20-30 8 5
Крахмаление 20-30 1.5 5
фосфатных, карбонатных соединений,
образовавшиеся в процессе кислотных
и щелочных обработок при первой и вто-
рой стирках, а также десорбирует с тканей
радионуклиды. Они придают СО и СИЗ
хороший поверхностный и гигиени-
ческий вид.
Если СО и СИЗ сильно загрязнены
гряземасляными радиоактивными отло-
жениями и отложениями в виде полиме-
ризованных черных, графито-масляных,
масляных пятнистых загрязнений, делают
две щелочные и третью кислую стирки
с добавкой отбеливателя.
Пленочные СИЗ обрабатываются от-
дельно от других видов спецодежды или
в стиральных машинах СтМЛ-2/1 (либо
им подобных), барабан которых разде-
лен на секции, или в барботажных ван-
нах. Одежда и белье загружаются в рас-
правленном виде. Норма загрузки ванны
и стиральной машины — 60 % паспорт-
ной емкости. Перегрузка машины не до-
пускается, так как приводит к неудов-
летворительному отстирыванию загряз-
нений, затрудняет полоскание, ведет к
порче стиральной машины.
Примерная масса СО и СИЗ на 30 кг
загрузки составляет:
Полотенца............ 250 шт.
Куртки, брюки х/б.... 60 шт.
Белье................ 100 шт.
Спецобувь............ 30 пар
Чепчики.............. 1200 шт.
Носки................ 1200 пар
Основные моющие средства в насто-
ящее время — стиральные порошки
(табл. 5.6), щавелевая кислота, иногда до-
бавляются лимонная кислота, кальцини-
рованная сода, жировое мыло, гексамета-
фосфат (или другая фосфорная соль),
трилон Б.
После загрузки СО и СИЗ в стираль-
ную машину вводятся моюшее средство,
отбеливатели и необходимые компонен-
ты для стирки, заливается вода и пода-
ется пар. Обработка проводится в соот-
ветствии с загрязненностью по техноло-
гическому режиму, определяемому мас-
тером. Моющие средства и химические
реактивы перед введением в машину
растворяют. Введение их в машину в су-
хом виде ведет к неравномерному воз-
действию на ткань и может служить при-
чиной потери прочности ткани.
Приготовление растворов моюших
средств должно быть централизованным
с подводкой готовых растворов к обору-
дованию. Особенно необходимо обратить
внимание на ввод окислителей (отбели-
вателей) — перманганата калия, хлорной
извести, персульфата — только в раство-
ренном (при температуре 20—40 °C) виде,
чтобы исключить возможность их накоп-
ления в отдельных местах в виде кусков,
а следовательно, образования пятен на
тканях. Растворы окислителей готовятся
не более чем на два дня.
Растворы гексаметафосфата натрия
следует готовить из расчета не более чем
на два-три дня в горячей воде при тем-
пературе 50—60 °C. Не допускается рас-
творение гексаметафосфата натрия при
более высокой температуре и особенно
при кипячении, так как в этом случае
он, как и окислители, разлагается.
Первое и необходимое условие для вы-
бора моющего средства — температура
стирки. Она указывается на всех упаковках
СМС и на изделиях, которые можно сти-
рать. Высокотемпературные средства при-
меняются для стирки изделий из хлопча-
тобумажных и льняных тканей, а низко-
температурные — из искусственных, синте-
тических и шелковых. Во многих странах
осваиваются СМС для стирки на «холоде»
(при комнатной температуре или 30-50 °C)
с низкопенным или с пониженным цено-
образованием. Пена, являясь спутником
моющего процесса, способствует флотации
загрязнений, т. е. переводу их в солюбили-
зированное состояние. Для того чтобы пена
не снижала эффективность стирки (за счет
прижатия белья к стенке, что мешает его
перемещению), необходимо давать возмож-
ность сбрасывать часть пены из стираль-
ной машины.
Второе условие — выбор соответству-
ющего СМС.
Третье непременное условие хорошего
качества дезактивации и качества стир-
ки — правильный выбор моющего сред-
ства применительно к виду общего
загрязнения и акгивностных видов заг-
рязнения. Хорошие коэффициенты
очистки (отношение активности до стир-
ки к остаточной активности после стир-
ки) по а - , р - , у -излучателям дают ком-
бинации моющих средств, например
смесь порошка с СФ-2У и добавкой три-
лона Б (табл. 5.6).
Эффективность дезактивации и
внешний вид выстиранной СО в значи-
тельной степени зависит от правильно-
го полоскания (табл. 5.7—5.9). Полоска-
ние удаляет загрязнения, перешедшие
в раствор, а также моющие вещества,
Таблица 5.6. Рецептура некоторых СМС, %
Компонент «Вихрь» «Эра А» «Лотос» 1 «Лотос А» «Эра-автомат» «Лотос-автомат» СМС-25 «Планета» СМФ Г «Синга»
Алкилбензолсульфонат 14 12 18 10 8 10-12 7 - - -
Алкиламиды - 2 -
Алкилсульфат — — - 8 — - — - - 70
Динатрийфосфат - 3
Карбонат натрия 10 10 - - 10 - 10 15 - -
кмц 0.9 0.9 0,9 0,9 1,2 1,2 2 0,9 3 0,9
Мыла жирных кислот 4 3 - - 4 3-5 6 - - -
Неионогенные ПАВ (ДС-10. синтамид-5) - — - - 3 3 2 - - 4
Оптический отбеливатель 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3 0.2 0.2 0.1
Перборат натрия - 15 - - 15 15 15 10 - -
Протосу бтилин - 10 -
Силикат натрия 5 5 3 3 5 3 7.5 2 3 2
Стабилизатор - — - - - - 0,1 - - -
Сульфит натрия - 13.8 -
Сульфонол - — - - — - - 22 25 -
Трилон Б - 0.3 - - о.з 0.3 — - - -
Триполифосфат натрия 35 35 40 40 35 40 40 30 40 20
Примечание. Большинство СМС содержит парфюмерную отдушку 0,1-0,2 % и доводится до 100 % водой
и сульфатом натрия.
Таблица 5.7. Кислотно-щелочные режимы № 1 и № 1А для обработки хлопчато-
Наименование операции Темпера- тура, °C Водный модуль
СМС Препарат СФ-3 или ОП-7 (ОП-10)
Первая стирка 20-25 6/8 - 15/30
Дополнение водой, полоскание и слив 20-25 8/10 - -
Полоскание 20-25 8/8 - -
Полоскание 20-25 8/8 - -
Вторая стирка 60-70 5 25/50 -
Дополнение водой, полоскание и слив 60-70 8 - -
Полоскание 60-70 8 - -
Третья стирка 90-100 5/6 15/25 -
Дополнение водой, полоскание и слив 80-90 8 - -
Полоскание 70 8 - -
Полоскание 50 8 - -
Полоскание 20 8 - -
Примечание. Режим № 1 предназначен для слабозагрязненной СО (числитель), режим № 1А — для средне-
спользованные при стирке. Для пре-
упреждения образования осадков на во-
окнах тканей необходимо при полос-
ании постепенно понижать темпера -
уру. Последнее полоскание (третье или
етвертое) проводят при комнатной тем-
ературе. Полноту ополаскивания от
хелочей проверяют индикаторной бу-
[aroiT
Система дезактивации СИЗ обеспе-
ивает:
безопасные условия труда персонала,
существляющего работы по подготовке
: проведению дезактивации СИЗ в соот-
ветствии с действующими нормативными
документами;
достижение остаточной загрязненности
СИЗ после дезактивации ниже установ-
ленных допустимых или контрольных
уровней;
сохранение защитных свойств средств
индивидуальной защиты в пределах, ус-
тановленных действующими норматив-
ными документами (далее — НД);
сохранение удовлетворительного внеш-
него вида СИЗ (удаление механических
загрязнений, обеспечение белизны спецо-
дежды из отбеленных материалов, сохра-
бумажной спецодежды и полотенец
Расход на 1 кг сухой спецодежды, г/л Продолжительность обработки, мин
Гексаметафосфат (NaPO3)« Сода кальци- нированная (NaiCCh) Щавелевая кислота (HzQCh)
40/40 - 15/30 15
— - - 5
— - - 5
— - - 5
25/50 25/50 - 15
— - - 5
— - - 5
— 20/40 - 15
— - - 5
- - - 5
— - - 5
— - - 5
и высокозагрязненной СО (знаменатель).
нение первоначального цвета СИЗ из
окрашенных материалов);
сохранение всех эксплуатационных ка-
честв СИЗ (прочность, эластичность, паро-
проницаемость, водоупорность и т. п.) в пре-
делах, установленных действующими НД;
соответствие СИЗ гигиеническим рег-
ламентам по содержанию патогенной
микрофлоры.
Предприятия, эксплуатирующие СИЗ,
обязаны производить раздельный сбор
бывших в эксплуатации СИЗ по при-
надлежности, ассортименту и виду мате-
риала. При этом выделяются следующие
основные группы: нательное белье;
полотенца; носки; береты; спецодежда;
спецобувь; утепленная спецодежда (утеп-
ленные куртки, брюки ватные, шапки,
шарфы, портянки); СИЗ из ПВХ-плен-
ки или материалов с полимерным покры-
тием; СИЗ из резины или прорезинен-
ных тканей; пневмокостюмы, пневмо-
куртки.
Для сортировки СИЗ устанавливают-
ся следующие градации уровней радио-
активного загрязнения СИЗ.
Допустимый уровень (ДЗ) радиоактив-
ного загрязнения СИЗ и поверхностей
Таблица 5.8. Щелочно-кислотный режим № 2 для обработки хлопчатобумажной
Наименование операции Темпера- тура, °C Водный модуль
СМС Препарат ОП-7, ОП-Ю
Первая стирка 90-100 5 20 -
Дополнение водой, полоскание и слив 70-80 8 - -
Полоскание 60-70 8 - -
Вторая стирка 70-90 6 - -
Дополнение водой, полоскание и слив 60-70 8 - -
Полоскание 60-70 8 - -
Полоскание 60-70 8 - -
Полоскание 60-70 8 - -
Третья стирка 80-90 5 - 10
Дополнение водой, полоскание и слив 70-60 8 - -
Полоскание 40 8 - -
Полоскание 30 8 - -
Полоскание 20 8 - -
рабочих помещений — значения, уста-
навливаемые нормативными документа-
ми. В аварийных ситуациях государствен-
ными органами регулирования могут
устанавливаться уровни вмешательства
(временные допустимые уровни загряз-
нение СИЗ).
Контрольный уровень (КЗ) — значение
контролируемой величины (меньшее ДЗ)
радиоактивного загрязнения поверхнос-
ти, устанавливаемое администрацией
предприятия по согласованию с органом
Госсаннадзора с целью закрепления до-
стигнутого уровня радиационной без-
опасности, обеспечения дальнейшего сни-
жения облучения персонала и населения
и радиоактивного загрязнения окружаю-
щей среды.
Предельный уровень (ПЗ) радиоактив-
ного загрязнения данного вида СИЗ —
установленный администрацией пред-
приятия по согласованию с органом Гос-
саннадзора уровень радиоактивного за-
грязнения СИЗ, при превышении кото-
рого предметы на дезактивацию в спец-
прачечную не направляются (но могут
спецодежды и полотенец для средне- и высокозагрязненных СО и СИЗ
Расход на 1 кг сухой спецодежды, г П родолжительиость обработки, мни
Г екса метафосфат (NaPO3)6 Сода кальци- нированная (Na2COj) Щавелевая кислота (Н2С2О4) Перманганат калия KMnOj
30 40 - - 15
- - - - 5
- — - - 5
20 30 - 2-3 15
- - - - 5
- - - - 5
- - - - 5
- - - - 5
20 - 10 - 15
- - - - 5
- - - - 5
- - - - 5
- - - - 5
при необходимости дезактивироваться
всаншлюзе) и рассматриваются как
радиоактивные отходы. Предельный
уровень не должен превышать 10-крат-
ного значения допустимого уровня для
каждого вида СИЗ.
Спецодежду, береты и нательное белье
направляют на дезактивацию в спецпра-
чечную по мере их загрязнения выше
ДЗ (КЗ), но не реже одного раза в неде-
лю. При работе с высокотоксичными
альфа-излучателями необходима еже-
дневная смена спецодежды и нательного
белья. Полотенца и носки направляют
на дезактивацию после каждого их ис-
пользования, основную спецобувь —
при загрязнении выше ДЗ (КЗ), утеп-
ленную спецодежду (рекомендуется ме-
тод химической чистки) — также при
загрязнении выше ДЗ (КЗ). Дезактива-
ция СИЗ из ПВХ-пленки или материа-
лов с полимерным покрытием, СИЗ из
резины или прорезиненных тканей,
пневмокостюмов, пневмокурток и других
СИЗ, снимаемых в саншлюзе, должна
осуществляться на специальном участке
Таблица 5.9. Технологический процесс дезактивации спецодежды по пероксидной схеме
Наименование технологической операции Темпера- тура, °C Водный модуль
Вода, л Перекись водорода (30-35 %)
Первая стирка 30-50 5 150 300-450 (1-1.5 л)
Дополнение водой, полоскание и слив 40-50 8 90 -
Первое полоскание 40-45 8 165 -
Второе полоскание 40-45 8 165 -
Вторая стирка 60-70 5 75 300-450 (1-1,5 л)
Дополнение водой, полоскание и слив 60-70 8 165 -
Полоскание 60-70 8 165 -
Третья стирка 60-70 5 75 450-500 (1.5-2 л)
Первое полоскание 60-70 8 165 -
Второе полоскание 60-70 8 165 -
Полоскание 25-30 8 165 -
дезактивации, расположенном вблизи
саншлюза. При отсутствии участка дез-
активации указанные СИЗ направляют
на дезактивацию в специальное отделе-
ние спецпрачечной отдельно от других
СИЗ. При невозможности дезактивации
средств индивидуальной защиты, снима-
емых в саншлюзе, они используются как
одноразовые.
При подготовке к дезактивации каж-
дый вид СИЗ должен быть рассортиро-
ван по характеру и уровням радиоактив-
ного загрязнения. По характеру радио-
активного загрязнения СИЗ делят на за-
грязненные альфа- и бета-акгивными ве-
ществами. В случае смешанного загряз-
нения СИЗ альфа- и бета-акгивными
веществами критерии отнесения СИЗ
к альфа- или бета-активному загрязне-
нию может установить администрация
предприятия, эксплуатирующего СИЗ, по
согласованию с органом Госсаннадзора
и спецпрачечной. В каждом из указан-
ных видов загрязнения отделяют, кроме
того, СИЗ, загрязненные нефтепродук-
тами, маслами, оксидами металлов и дру-
гими веществами, которые затрудняют
удаление радиоактивных загрязнений
Расход на 30 кг сухой спецодежды, г Время обра- ботки, Mint
Щавелевая кислота Препарат СФ-3 или ОП-Ю Гексамета- фосфат натрия Стиральный порошок Сода NaiCO3 ИЛИ NH4HCO3
350-450 - 700-900 400-450 - 15
- - - - - 5
- — - - - 5
- - - - - 5
- - 600-750 250-300 600-750 15
- - - — - 5
- - - - - 5
- - - 250-400 500-750 15
- - - - - 5
- - - - - 5
- - - - - 5
и требуют применения специальной тех-
нологии дезактивации, например хими-
ческой чистки. Эти СИЗ собирают и на-
правляют в спецпрачечную в отдельной
таре с дополнительным указанием на со-
проводительном ярлыке (например, би-
тум, краска, масло и т. п.).
По уровню радиоактивного загрязнения
СИЗ делят на три группы: I — до ДЗ;
II — от ДЗ до ПЗ; III — свыше ПЗ.
Если на предприятии установлены
контрольные уровни загрязнения СИЗ,
то границы группы I радиоактивного
загрязнения СИЗ следует устанавливать
равными до КЗ; II — от КЗ до ПЗ; III —
свыше ПЗ.
Загрязненность предметов измеряют
в расправленном виде на сортировочных
столах или на специальных автоматиче-
ских линиях для сортировки поступаю-
щих СИЗ по уровням загрязнения. Из-
делия относят к группам II или III, если
их загрязненность хотя бы на одном
участке превышает допустимый (конт-
рольный) или предельный уровень,
соответственно.
Загрязненность дополнительных СИЗ
тщательно контролируют при выходе из
зоны проведения работ. СИЗ группы I
радиоактивного загрязнения могут ис-
пользоваться повторно, СИЗ группы II
могут быть направлены в спецпрачечную
или продезактивированы в санитарном
шлюзе. СИЗ группы III дезактивации,
как правило, не подлежат: они направ-
ляются на переработку и захоронение
в качестве радиоактивных отходов, одна-
ко при наличии технической возможно-
сти часть их может быть продезактиви-
рована в санитарном шлюзе и использо-
вана повторно.
Сортировку СИЗ по характеру и уров-
ням радиоактивного загрязнения целесо-
образно проводить в санпропускнике
предприятия, эксплуатирующего СИЗ.
При отсутствии такой возможности до-
пускается организация сортировки СИЗ
по уровням в спецпрачечной — в боксе
для приема, сортировки и хранения по-
ступивших СИЗ.
Направлять СИЗ в спецпрачечную
следует в упакованном виде по наклад-
ной с сопроводительным ярлыком на каж-
дой упаковке, в котором указаны при-
надлежность, вид СИЗ, характер и уро-
вень загрязнения, количество в штуках
и подпись лица, ответственного за зата-
ривание СИЗ.
В качестве упаковки для СИЗ могут
применяться мешки из полимерной плен-
ки или прорезиненной ткани. Средства
индивидуальной защиты, относящиеся
к группе I радиоактивного загрязнения,
допускается упаковывать в мешки из
хлопчатобумажной ткани.
Все СИЗ, предназначенные для дез-
активации в спецпрачечной и упакован-
ные в мешки, направляются в спецпра-
чечную специальным транспортом (спец-
автотранспортом, специальным грузовым
лифтом и др.).
Дополнительные пленочные СИЗ,
пневмокостюхмы, пневмокуртки целесо-
образно дезактивировать в саншлюзе.
При отсутствии такой возможности их
можно направлять в спецпрачечную изо-
лированно от остальных СИЗ при за-
грязнении до уровня не более ПЗ.
Поступившие в спецпрачечную СИЗ
регистрируется в журнале учета поступа-
ющих и обработанных СИЗ.
СИЗ, пришедшие в негодность, а так-
же СИЗ группы III направляются на
переработку и захоронение в качестве
радиоактивных отходов. При этом состав-
ляется акт об их списании. СИЗ, не при-
годные для эксплуатации вследствие из-
носа, значительной усадки и т. п., могут
после дезактивации в спецпрачечной
использоваться в качестве обтирочного
материала в помещениях, в которых про-
водятся работы с радиоактивными веще-
ствами, если их загрязненность не пре-
вышает установленный допустимый
(контрольный) уровень.
Специальный транспорт после выгруз-
ки загрязненных СИЗ подвергают радиа-
ционному контролю на специальном
пункте, расположенном на промплощад-
ке спецпрачечной. Радиационный конт-
роль осуществляет штатная служба радиа-
ционной безопасности или специально
выделенное лицо. При обнаружении за-
грязнений выше допустимых уровней,
установленных для транспортных средств,
спецтранспорт подвергают дезактивации
на специально оборудованном участке
с применением моющих средств. Этот
участок должен быть оборудован спец-
канализацией.
Не разрешается вывозить чистые СИЗ
тем же спецавтотранспортом без его пред-
варительного радиационного контроля.
Контроль за правильным использовани-
ем транспортных средств по доставке
СИЗ в спецпрачечные и вывозом их из
спецпрачечных возлагается на руковод-
ство предприятий-поставщиков, руково-
дителей спецпрачечных, службы радиа-
ционной безопасности и органы Госсан-
надзора.
Планировка спецпрачечной осуществ-
ляется с учетом того, что СИЗ, отличаю-
щиеся по виду материала, характеру ра-
диоактивного загрязнения и группе за-
грязнения, дезактивируются раздельно.
В спецпрачечной, в которую на дезакти-
вацию поступают СИЗ, загрязненные как
альфа-, так и бета-активными нуклида-
ми, предусматриваются:
отделение для дезактивации спецодеж-
ды, нательного белья, полотенец, носков
и беретов, загрязненных альфа-активны-
ми веществами;
отделение для дезактивации спец-
обуви, спецперчаток, дополнительной
пленочной спецодежды, пленочных
СИЗ, загрязненных альфа-активными
веществами;
отделение для дезактивации спецодеж-
ды, нательного белья, полотенец, носков
и беретов, загрязненных бета-активными
веществами;
отделение для дезактивации спец-
обуви, спецперчаток, дополнительной
пленочной спецодежды, пленочных
СИЗ, загрязненных бета-активными
веществами.
В случае комбинированного загрязне-
ния альфа- и бета-активными нуклида-
ми СИЗ обрабатываются в отделениях
спецпрачечной, предназначенных для дез-
активации изделий, загрязненных альфа-
активными веществами. Если спецпра-
чечная осуществляет дезактивацию СИЗ,
загрязненных только одним видом
нуклидов (альфа- или бета-акгивными
нуклидами), количество отделений умень-
шается вдвое.
Планировка рабочих помещений спец-
прачечной и расстановка оборудования
должны предусматривать возможность
механизации и автоматизации процесса
дезактивации на основе поточной систе-
мы движения СИЗ без пересечения гряз-
ного и чистого потоков, а взаимное рас-
положение производственных помеще-
ний— раздельное и последовательное
проведение подготовительных (прием
и сортировка с радиометрическим конт-
ролем), основных (стирка) и заключи-
тельных (сушка, радиометрический кон-
троль, глажение) операций.
Все спецпрачечные оборудуются
санитарными пропускниками, которые
размещаются либо в основном здании
предприятия, соединенном со спецпра-
чечной закрытой галереей, либо в самой
спецпрачечной.
В состав санпропускника входят гар-
дероб домашней одежды, гардероб
рабочей одежды, помещения радиометри-
ческого контроля кожных покровов
и спецодежды, душевые, туалет, поме-
щение для индивидуальных средств
защиты, кладовая чистой и кладовая за-
грязненной спецодежды.
Стены, потолки, полы и поверхнос-
ти конструкций покрывают материала-
ми, мало сорбирующими радиоактивные
загрязнения, стойкими к воздействию
щелочей, кислот и других агрессивных
веществ и легко поддающимися очистке
от загрязнений. По дезактивируемое™
все покрытия должны соответствовать
действующим стандартам.
Дезактивирующий раствор должен
обладать следующими характеристиками:
быстро и полно смачивать обрабаты-
ваемую поверхность и загрязняющее
вещество;
разрушать связь радиоактивного
вещества с поверхностью и переводить
загрязнение в раствор;
предотвращать повторную сорбцию
радиоактивного загрязнения поверхно-
стью;
не оказывать разрушающего действия
на поверхность и не вызывать увеличе-
ния сорбционной способности поверхно-
сти материала;
при переходе в сточные воды спец-
прачечной обеспечить очистку сточных
вод с использованием установленного
очистного оборудования и применяемой
технологии.
Режимы дезактивации СИЗ должны
обеспечивать:
значение коэффициента дезактивации
не менее 20 при проведении испытаний
в лабораторных условиях в соответствии
с действующим стандартом;
удаление нерадиоактивных загрязне-
ний биологического и технического ха-
рактера;
необходимую дезинфекцию СИЗ;
сохранение внешнего вида, защитных
и эксплуатационных свойств дезактиви-
руемых СИЗ;
непревышение усадки материалов,
снижения прочности на разрыв значений,
указанных в нормативной документации
на материал.
Технологический процесс дезактива-
ции СИЗ в спецпрачечных включает сле-
дующие основные операции:
прием, сортировку и радиометриче-
ский контроль загрязненных СИЗ;
обработку в стиральных машинах;
отжим спецодежды (хлопчатобумаж-
ной, лавсановой и из смешанных тканей),
нательного белья, полотенец и носков;
сушку;
радиометрический контроль чистой
спецодежды;
глажение;
подбор и упаковку;
выдачу спецодежды.
Для дезактивации спецодежды, силь-
но загрязненной маслами, мазутом,
битумом и другими органическими ве-
ществами, а также для дезактивации
зимней спецодежды следует предусмат-
ривать возможность использования ме-
тодов химической чистки. Возможность
направления спецодежды в химчистку
определяется условными обозначения-
ми по соответствующему стандарту.
Фурнитура (пуговицы, застежки, мол-
нии) должна быть стойкой к воздейст-
вию растворителя, используемого для
чистки одежды.
СИЗ, поступающие в спецпрачечную,
сразу же направляются на дезактива-
цию. При необходимости временное
хранение рассортированных загрязнен-
ных СИЗ осуществляется в пластика-
товых мешках, закрытых ящиках или
специальных боксах в помещениях (от-
секах), имеющих местную вытяжку,
исключающую разнос радиоактивных
загрязнений.
Обработка СИЗ проводится по режимам,
установленным изготовителем моющих
средств и прошедшим сертификацию
в установленном порядке. Выбор режима
обработки определяется видом материала,
из которого изготовлены СИЗ, характе-
ром их загрязнения, а также видом ис-
пользуемого оборудования.
После дезактивации спецодежда,
нательное белье и полотенца отжимают-
ся непосредственно в стирально-отжим-
ных машинах либо в центрифугах до
остаточной влажности не более 55 %
и сушатся в сушильных барабанах, кулис-
ных сушильных шкафах или поточных
линиях сушки. Сушка СИЗ из пленоч-
ных полимерных материалов, резины
и прорезиненных тканей проводится в су-
шильных шкафах или специально обо-
рудованных помещениях-боксах при тем-
пературе не выше 50 °C.
После сушки спецодежда, нательное
белье, полотенца и другие СИЗ подвер-
гаются радиометрическому контролю с ис-
пользованием радиометрических прибо-
ров, обеспечивающих эффективное из-
мерение радиоактивных загрязнений,
характерных для предприятий, с которых
поступает спецодежда. Контроль остаточ-
ной загрязненности спецодежды, отне-
сенной до стирки к группе I, может про-
изводиться выборочно (каждое десятое из-
делие от выстиранной партии). Если при
этом обнаружены изделия, загрязнен-
ность которых превышает установленные
допустимые уровни, то проверке подвер-
гается вся партия. Вся спецодежда груп-
пы II, другие СИЗ испецобувь подвер-
гаются радиометрическому контролю ос-
таточной загрязненности. СИЗ, остаточ-
ное загрязнение которых превышает
допустимые уровни, направляют на
повторную дезактивацию. Если и после
повторной дезактивации их загряз-
ненность превышает допустимые уров-
ни, эти средства направляют на захоро-
нение как радиоактивные отходы.
5.2. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ГРУНТОВ
Радиоактивно загрязненный грунт от-
носится, как правило, к радиоактивным
отходам низкого уровня активности.
Сложность обращения с ним, его дезак-
тивации и утилизации обусловлена тем,
что грунт включает большое число со-
ставляющих, различающихся по физи-
ческим и химическим свойствам, уров-
ню активности и формам нахождения
в них радионуклидов.
Особенностью радиоактивно загряз-
нённых грунтов являются низкий уро-
вень активности и большие, исчисляе-
мые десятками и сотнями тысяч куби-
ческих метров, объёмы. Основная опас-
ность для человека и окружающей среды
состоит в том, что в природе на загряз-
нённых участках территории происходит
разнос радионуклидов на ещё большие
площади грунтовыми и поверхностными
водами за счёт дефляции. Существует
также возможность попадания радионук-
лидов в организм человека через дыха-
тельные пути по цепочке: растения —>
—> животные —> пищевые продукты расти-
тельного и животного происхождения —>
—> организм человека.
Технология дезактивации поверхности
определяется видом загрязнения и типом
будущего землепользования. В настоящий
момент наиболее распространен способ
дезактивации грунтов удалением верхнего
загрязненного слоя.
Эффективность дезактивации опре-
деляется глубиной снимаемого слоя, ко-
торая, в свою очередь, зависит от глу-
бины проникновения радионуклидов
в различные материалы. С учетом гаран-
тии эффективной дезактивации неров-
ностей обрабатываемых поверхностей и
грунта, а также неравномерности про-
никновения радионуклидов можно счи-
тать, что снимаемый верхний загрязнен-
ный слой должен быть в два раза толще
глубины их проникновения. Если про-
никновение в почву составляет 5 см, то
толщина снимаемого слоя грунта, обес-
печивающего эффективную дезактива-
цию, — 10 см.
При снятии верхнего загрязненного
слоя грунта удаляются как поверхност-
ные, так и глубинные радиоактивные за-
грязнения. При локальных радиоактив-
ных загрязнениях ограниченных по раз-
мерам площадей, а также в тех случаях,
когда невозможно использовать инженер-
ную технику — бульдозеры, скреперы,
грейдеры, — слой срезают вручную.
Несмотря на кажущуюся простоту это-
го способа, его практическое осуществле-
ние связано с большими материальными
затратами и необходимостью выполне-
ния трудоемких работ. При снятии зара-
женного слоя вместе с загрязнениями
удаляется значительная часть грунта, масса
которого в 1000 и более раз превышает
массу самих радиоактивных веществ. Этот
rpyijr сам является источником радио-
активных загрязнений транспортных
средств в процессе перевозки, а также по
пути движения. Загрязняются все поверх-
ности, с которыми он соприкасается.
Кроме того, для его захоронения требу-
ются хранилища.
Процесс дезактивации грунта осуществ-
ляется последовательно, от участка к участку.
При использовании бульдозера, например,
ширина участка обработки определяется
шириной его ножа. При его работе обра-
зуются по краям срезов отвалы радиоак-
тивно загрязненного грунта и возникает
опасность пересыпания части грунта и этих
отвалов на уже обработанные участки. По-
этому требуется тщательная организация
работ, исключающая возможность перехода
загрязненного грунта на чистые участки.
Таким образом, дезактивация путем сня-
тия верхнего загрязненного слоя эффек-
тивна, но сопутствующие ей процессы, свя-
занные с транспортировкой снятого загряз-
ненного материала и его захоронением, обо-
рачиваются порой неизбежным вторичным
радиоактивным загрязнением, что требует
проведения дополнительных работ.
В качестве альтернативного способа дез-
активации местности возможно использо-
вание растений. Корневая система расте-
ний действует как своеобразный насос,
перенося радиоактивные вещества в био-
массу растений, которые затем скашивают-
ся и уничтожаются с соблюдением правил
радиационной безопасности. В качестве
растения, способного осуществить биоло-
гическую дезактивацию, в большинстве слу-
чаев используют клевер. При скашивании
трав удаляется от 40 до 80 % загрязнений
(в пересчете на коэффициент дезактивации
1,25<-2,50), но все же значительная их часть
остается в почве, являясь источником рас-
пространения загрязнений, в том числе и на
посевы, и на луговую растительность.
Поэтому в настоящий момент во всех стра-
нах, имеющих развитую ядерную энерге-
тику, ведутся работы по разработке новых
способов дезактивации грунтов.
Гравитационное обогащение. Большин-
ство способов дезактивации грунтов осно-
вано на принципах гравитационного обо-
гащения рудных материалов. Суть их со-
стоит в выделении из загрязненной по-
чвы радионуклидов, содержащихся в
мелкодисперсных фракциях различной
плотности (первичных и вторичных ми-
нералов и органического вещества). Таким
образом из почв и грунтов можно извлечь
до 95 % радионуклидов, сконцентрировав
их в небольшом объеме (не более 15%
исходного). Способ гравитационного обо-
гащения рудных материалов применялся
США для извлечения плутония после ава-
рии стратегического бомбардировщика
Б-52 в районе деревушки Паломарес (Испа-
ния), когда содержимое трех водородных
бомб рассеялось на площади 2,3 км2.
На рис. 5.2 показана разработанная
ФГУП «ВНИИНМ» им. А. А. Бочвара
(Россия) технологическая схема дезакти-
вации грунта.
Первоначально грунт подвергают гро-
хочению для отделения частиц больше
100 мм. Затем в скруббере происходит раз-
рушение почвенных агрегатов и поверхно-
стного илистого слоя, покрывающего зерна
песка и гальку; после этого в бутаре грунт
механически разделяется на фракции: круп-
нокусковую — гальку (100± 3 мм) — и пуль-
пу, содержащую частицы с размером менее
3 мм. Галька, после выделения и отмывки
в бутаре, выводится из технологического
цикла. Пульпа поступает самотеком из бу-
тары в зумпф, откуда песковым насосом
подается для классификации.
На первой стадии пульпа после
дезынтеграции подается насосом в гид-
роциклон, представляющий собой цент-
робежный классификатор с самотечной
разгрузкой фракций. Суспензия, содер-
жащая частицы крупнее 0,1 мм, разгру-
жается через нижнюю, песковую насад-
ку, а жидкий слив, содержащий частицы
менее 0,1 мм, выводится через верхнюю,
сливную насадку гидроциклона.
Пески из гидроциклона подаются на
вторую стадию классификации, в спи-
ральный классификатор. В классифика-
торе совмещены две операции: классифика-
ция пульпы по классу 0,1 мм и промыв-
ка песковой фракции 3±0,1 мм, чистой
водой от илистых, глинистых и других
тонкодисперсных взвесей.
Затем оба продукта самотеком посту-
пают в зумпф, откуда песковым насосом
подаются для концентрирования мелкодис-
персной, твердой составляющей суспензии
и обезвоживания сгущенной суспензии.
Смесь пульпы и компонента флокулян-
та самотеком поступает в радиальный сгу-
ститель. Сгущенная пульпа из сгустителя
подаеТЬя шламовым насосом на обезвожи-
вание непосредственно в фильтр-пресс.
Обезвоженная мелкодисперсная фракция
(кек), содержащая до 90 % радионуклидов
от их количества в исходном грунте, вы-
гружается в контейнеры и направляется на
захоронение как радиоактивные отходы,
а фильтрат поступает в бак оборотной воды.
При опытной эксплуатации установки
выход «чистых» продуктов составил 89,4 %
массы исходного грунта. С экономической
точки зрения такой мокрый способ очист-
ки загрязненной почвы выгоднее, особен-
но когда на очистку поступает загрязнен-
ная почва в виде смеси, содержащей 90 %
песка и 10 % глины или ила. Этим спосо-
бом можно удалять многие загрязняющие
вещества — мышьяк, ртуть, ароматические
соединения и остаточные пестициды. При
мокром способе очистки почвы стоимость
очистки зависит, главным образом, от
количества очищаемой почвы. Промывка
почвы обходится дешевле, если образуются
побочные продукты, пригодные для прак-
тического использования.
Экстракция ионов из грунтов. Амери-
канская фирма «Брэдгек» предложила тех-
нологический процесс MAG*SEP для дез-
активации удаления радиоактивных за-
грязнений с поверхности почвы, который
относится к технологическим процессам
экстракции ионов из растворов за счет
магнитной сепарации частиц, абсорбиру-
ющих вредные примеси. После абсорб-
ции удаляемых из почвы вредных при-
месей их подвергают магнитной сепара-
ции, регенерации, а затем возвращают
в цикл обработки дезактивируемой почвы.
Проведенные экспериментальные ис-
следования на опытно-промышленной
установке с использованием выщелачи-
вающих растворов дали хорошие резуль-
таты при очистке почвы от радионукли-
дов урана при исходном их содержании
350—400 пКи/г; конечный уровень за-
грязненности почвы после дезактивации
составил примерно 23 пКи/г.
Дезактивация грунтов путем ионного об-
мена. Удаление радионуклидов из почв
возможно путем ионного обмена их на
катионы с более сильной вытеснительной
способностью. Последняя пропорциональ-
на заряду катиона и обратно пропорцио-
нальна его радиусу в гидратированном со-
стоянии. По этим параметрам в качестве
иона-вытеснителя может быть выбран Fe34.
Исследования показали, что в резуль-
тате элюентной промывки возможна очи-
стка пробы грунта с исходной удельной
активностью 1,07 • 10"4 Ки/кг более чем
на 90 %. В качестве элюентов могут быть
использованы раствор 0,5 моль/л HNO3
и раствор 0,05 моль/л FeCl3 с добавкой
0,02 моль/л NH4NO3. Для них получены
значения коэффициента очистки грун-
тов от ^Sr в среднем 30—40. Раствор FeCl3
как элюент радионуклидов имеет преиму-
щество перед растворами сильных кис-
лот благодаря своей универсальности по
отношению к различным типам почв
и грунтов, различающихся по формам
фиксации радиоактивных загрязнений. За
счет низкой концентрации раствора FeCl3
его использование связано и с меньшими
материальными затратами по сравнению
с применением кислотных растворов.
При применении данной технологии
грунт просеивают через сетку для удале-
ния крупных фракций, а затем помеша-
ют на поддон для промывки элюирую-
щими растворами. Промывание включа-
ет две стадии:
1. Нейтрализация грунта 0,5 моль/л
HNO3. Уже в ходе кислотного промывания
может быть достигнута степень очистки
грунта 53 %.
2. Промывание раствором 0.05 моль/л
FeCl3. Увеличение степени очистки грун-
та на данном этапе составляет до 7 %
исходного уровня удельной активности.
При необходимости увеличения степе-
ни очистки вторую стадию можно по-
вторить до 5—6 раз вплоть до полного
удаления радиоактивных изотопов. В силу
своей специфики способ селективен к опре-
деленным радионуклидам и не применим
для смесей радионуклидов.
Электрохимическая дезактивация грун-
тов. Если загрязненный образец дисперс-
ного грунта поместить в поле постоян-
ного электрического тока, в нем будут
происходить различные электрокинети-
чески е и электрохимические процессы:
электроосмос полярной жидкости, элек-
трофорез твердых и эмульгированных
частиц, электромиграция, электролиз,
поверхностная проводимость и т. п.
Способ электрохимической очистки
сначала применялся для удаления из дис-
персных грунтов солей щелочных и ще-
лочно-земельных металлов, затем — для
удаления различных токсичных компонен-
тов, включая и радионуклиды, содержа-
щиеся в поровом растворе грунта. В по-
следнее время этот способ используется для
удаления из глинистых грунтов тяжелых
металлов и жидких углеводородов.
Главное достоинство способа заклю-
чается в возможности его применения для
очистки грунтов непосредственно на месте
локального загрязнения, что исключает
перемещение больших объемов загряз-
ненного грунта.
Основой электрокинетических процес-
сов очистки грунтов от радионуклидов
и тяжелых металлов является перенос за-
ряженных частиц в электрическом поле.
Если такое поле создать в грунте, за-
грязненнОхМ ионами радионуклидов или
тяжелых металлов, эти частицы будут
перемещаться в сторону катода или ано-
да (в зависимости от заряда ионов). Спо-
соб эффективен даже для очистки плохо
проницаемых глинистых грунтов.
Модульный принцип реализации про-
цесса позволяет очищать различные по
размеру участки территорий и транспор-
тировать оборудование автомобильным
транспортом.
В общем виде электрокинетическая
технология включает:
перевод элементов-загрязнителей
в подвижную форму (в виде ионов) в пре-
делах ореола загрязнения при помощи
специальных реагентов;
создание поля постоянного тока с за-
данным расположением электродов в пре-
делах ореола загрязнения;
перемещение и накопление элементов-
загрязнителей в приэлектродном про-
странстве;
удаление элементов-загрязнителей из
приэлекгродных зон.
Несмотря на то, что этот способ ин-
тенсивно разрабатывается во всем мире,
многие вопросы остаются пока нерешен-
ными. Недостаточно изучены формы тя-
желых металлов в глинистых грунтах,
а также закономерности их удаления.
Микробиологическая дезактивация
грунтов. Министерство энергетики США
осуществляет программу микробиологи-
ческих исследований в глубинных фор-
мациях, направленную на изучение воз-
можности использования «полезных»
микроорганизмов для очистки площадок
и удаления радиоактивных и других вы-
сокотоксичных отходов.
Безопасные бактерии, обычно присут-
ствующие в почве и воде, могут связы-
вать и удалять стронций, т. е. потенци-
ально могут быть использованы для био-
логической очистки радиоактивных сброс-
ных вод. Так, исследования показали, что
бактерии micrococcus luteus связывают
стронций намного эффективней, чем лю-
бой другой из испытанных металлов,
и способны относительно быстро снизить
содержание растворенного радиоактивного
стронция с уровня частей на миллион до
уровня частей на миллиард.
5.3. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
ИОНООБМЕННЫХСМОЛ
Метод глубокой дезактивации ионо-
обменных смол начали разрабатывать во
ВНИИАЭС (Россия) около 10 лет назад.
Ионообменные смолы широко исполь-
зуются на атомных станциях для под-
держания качества теплоносителей и пос-
ле исчерпания ресурса поступают в хра-
нилища радиоактивных отходов.
Традиционные технологии, например
цементирование, приводят к значительно-
му увеличению объема кондиционирован-
ных отходов: свойство смол к набуханию
во влажных средах обусловливает низ-
кую степень их включения в цементный
компаунд. Разработанная в Германии тех-
нология цементирования с предваритель-
ной термической обработкой смол для их
частичной деструкции значительно
усложняет процесс кондиционирования.
Сжигание смол приводит к образованию
токсичных и коррозионно-активных газов.
Включение смол в полимерную матрицу
(Бельгия) — довольно дорогая технология.
Отечественный опыт включения отрабо-
танных смол АЭС в битумный компаунд
с использованием роторно-пленочных
битуматоров оказался отрицательным.
На АЭС широкое распространение
может найти метод глубокой дезактива-
ции ионообменных смол, который по-
зволяет получить после обработки прак-
тически нерадиоактивный продукт и зна-
чительно уменьшить объем вторичных
кондиционированных РАО.
Суть этого метода состоит в переводе
радионуклидов в жидкую фазу и после-
дующей очистке на селективных неорга-
нических радиационно стойких сорбен-
тах. Отработанную смолу промывают
специальным раствором, который затем
очищают и после коррекции химическо-
го состава используют повторно.
Дезактивация проводится в обычном
насыпном фильтре с дозированной гид-
розагрузкой. Через фильтр, загруженный
отработанной смолой, пропускается дез-
активирующий состав — концентриро-
ванный раствор кислых солей и специ-
альных добавок. Степень отмывки конт-
ролируется дозиметрическим прибором,
датчики которого встроены по высоте
корпуса фильтра. По достижении конт-
рольных величин процесс прекращается
и производятся гидровыгрузка смолы, ее
сушка, погрузка в стандартные бочки и
транспортировка на полигон промышлен-
ных отходов. Дополнительный контроль
остаточной активности смолы осуществ-
ляется у -спектральным методом.
Одновременно проводится очистка дез-
активирующего раствора от радионукли-
дов, причем на первом этапе — от радио-
нуклидов коррозионной труппы (^Со, ^Со,
^Mn, 59Fe и др.). В емкость с отработан-
ным раствором добавляется щелочь до по-
казателя pH = 9, при котором образуется
гидроксид трехвалентного железа. С гидрок-
сидом железа происходит соосаждение
радионуклидов коррозионной группы.
Образующийся шлам направляется на це-
ментирование, а предварительно o6jfe6o-
танный раствор — на очистку от радио-
нуклидов цезия в фильтре-контейнере,
заполненном селективным к цезию сорбен-
том, например Феникс-С. Отработанный
фильтр-контейнер после небольшой под-
готовки направляется на хранение и (или)
захоронение. Химический состав очищен-
ного от радионуклидов раствора корректи-
руется добавлением минеральных кислот
и специальных добавок, после чего раствор
используют повторно.
Внедрение технологии глубокой очи-
стки позволит значительно сократить
объемы хранящихся на АЭС радиоактив-
ных смол при минимальных затратах. Это
доказали стендовые и опытно-промыш-
ленные испытания по дезактивации от-
работанных смол Калининской АЭС. На
приспособленном оборудовании было
переработано около 60 м3 низкоактивных
смол АЭС. Остаточная активность смол
не превышала 10-9 Ки/л, а соотношение
объемов отработанной смолы и конди-
ционированных вторичных РАО колеба-
лось в диапазоне от 1:200 до 1:300.
5.4. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
КОЖНЫХ ПОКРОВОВ
Персоналу, работающему с радио-
активными веществами, необходимо тща-
тельно следить за чистотой кожных по-
кровов, особенно на руках. Загрязнение
кожи может быть причиной занесения
радиоактивных веществ внутрь организма.
Несмотря на применение спецодежды
и дополнительных СИЗ, в зоне строгого
режима непосредственно в процессе ра-
боты и при снятии СИЗ возможно за-
грязнение радионуклидами кожных покро-
вов открытых участков тела (лица, рук),
а при нарушении правил пользования или
снятия спецодежды и дополнительных
СИЗ и нарушении технологии производ-
ства работ (облив радиоактивными жид-
костями) — остальных участков тела. Об-
наружив радиоактивные загрязнения
кожных покровов, необходимо сразу при-
ступить к их очистке (дезактивации), так
как с увеличением времени контакта ра-
дионуклидов с кожей эффективность
очистки снижается.
Следует помнить, что дезактивация
кожи не должна вызывать ее дополни-
тельного сильного раздражения. Все спе-
циальные средства дезактивации кожи (не
считая обычного мыла и щетки) в той
или иной степени раздражают кожу
вследствие механического или химиче-
ского воздействия, поэтому их нельзя
применять произвольно.
При работе с радиоактивными веще-
ствами необходимо тщательно следить не
только за чистотой кожных покровов, но
и за их эластичностью, коротко стричь
ногти (сухая кожа, трещины, царапины,
мозоли ухудшают результат дезактивации)
и придерживаться следующего правила:
по возможности, кожу нужно очищать
при люфой ее загрязненности в пределах
чувствительности измерительного прибора.
Нефиксированная загрязненность,
которая легко смывается, представляет
наибольшую опасность, так как может по-
пасть внутрь организма. Поэтому неза-
висимо от того, превышают показания
приборов контроля загрязненности фо-
новые значения или нет, перед выходом
в раздевалку санпропускника необходи-
мо вымыть руки прохладной водой с мы-
лом или принять душ.
Если радиометрическими установками
и приборами обнаружено радиоактивное
загрязнение кожных покровов, в первую
очередь, следует уточнить площадь и сте-
пень загрязнения. Обширные радиоак-
тивные загрязнения тела встречаются
крайне редко. В большинстве случаев за-
грязнению подвергаются открытые участ-
ки тела — руки, лицо, голова.
Обнаружив загрязнение рук, необхо-
димо проверить, не загрязнены ли голо-
ва и лицо. Руки, лицо и голову очищают
в умывальных комнатах до снятия спец-
одежды, чтобы исключить распростране-
ние локальной загрязненности на другие
участки тела.
Оптимальная температура воды для дез-
активации кожных покровов составляет
30-32 °C, и такая температура должна под-
держиваться в смесителях умывальников
и душевой. Горячая вода расширяет поры
и способствует проникновению радиоак-
тивных загрязнений внутрь организма.
Снимать спецодежду надо так, чтобы
радиоактивные вещества с нее не пере-
ходили на кожу и загрязнение не рас-
пространялось на другие участки тела.
При загрязнении тела обязательно
прохождение через душ с последующей
проверкой результатов дезактивации тела
на радиометрической установке. Если
остаточная загрязненность превышает
допустимую, дезактивацию необходимо
повторить. Обычно для достижения пол-
ноты дезактивации весь процесс сани-
тарной обработки повторяют несколько раз.
Эффективность дезактивации сущест-
венно зависит от времени, прошедшего
с момента загрязнения. Наиболее эффек-
тивна первая дезактивация. Последую-
щая очистка кожи до полного удаления
радиоактивных веществ может оказаться
длительным процессом.
При локальном загрязнении кожных
покровов соответствующую часть тела
(руки) в течение 2—3 мин тщательно моют
водой с применением мыла и мягкой щет-
ки. Вся загрязненная поверхность кожи
должна быть покрыта густой пеной, ко-
торая потом смывается. Щеткой пользу-
ются без нажима, чтобы не вызвать рас-
тирания и раздражения кожи. При дезак-
тивации рук особое внимание обращают
на очистку складок на коже, ногтевых
лунок и ногтей. Процедуру повторяют
минимум три-четыре раза, вытирают кожу
и измеряют остаточную радиоактивность.
Если повторение дезактивации с мы-
лом не дает результата, применяют пре-
парат «Защита». Около 8 г этого порошка
(одна чайная ложка) наносят на ладонь,
добавляют небольшое количество теплой
воды и равномерно растирают по всей
загрязненной поверхности в течение ми-
нуты. Образующуюся обильную пену
смывают водой через 1 мин и наносят сле-
дующую порцию дезактивирующего по-
рошка. Через 2 мин после растирания
порошка и смывания пены руки насухо
вытирают и измеряют остаточную загряз-
ненность. При необходимости проводят
повторную обработку новыми порциями
«Защиты», однако общая продолжитель-
ность мытья кожного покрова этим пре-
паратом не должна превышать 10 мин.
Для дезактивации волос их промыва-
ют шампунем либо мылом, затем 3 %-м
раствором лимонной кислоты и снова
шампунем, ополаскивают водой. Голова
при мытье должна быть наклонена на-
зад, чтобы вода не стекала на лицо и тело.
Волосы сушат феном и измеряют оста-
точную радиоактивность. При необходи-
мости дезактивацию повторяют. В случае
очень сильного остаточного загрязнения
волосы следует сбривать или состригать.
Загрязненную радиоактивными веще-
ствами слизистую оболочки глаз или ро-
товой полости обильно промывают теп-
лой дистиллированной водой или 2 %-М
раствором питьевой соды. При попада-
нии радиоактивных веществ на слизис-
тую оболочку носа следует применять
орошение носовых ходов теплой водой
или 2 %-м раствором питьевой соды с по-
мощью мягкого катетера.
Удаление радиоактивных веществ при
обширном радиоактивном загрязнении тела
начинают с наиболее загрязненных участ-
ков. Если после трех-четырехкратной обра-
ботки радиоактивные вещества продолжа-
ют оставаться на коже, процедуру отмывки
повторяют с интервалом в 24 ч несколько
раз. Для предупреждения сухости кожи
после ее обработки моющими средствами
применяют любой смягчающий или пита-
тельный крем. После обработки отдельных
загрязненных участков тела необходимо
пройти полную обработку тела в душевой.
Большие площади тела отмывают от радио-
активных веществ под душем.
При наличии ран, загрязненных ра-
диоактивными веществами, первая по-
мощь должна быть немедленно оказана
на месте происшествия, включая пяти-
минутное промывание раны водой, об-
работку раны тампоном и наложение по-
вязки. Последующая медицинская помощь
оказывается в здравпункте АЭС, обору-
дованном специальными помещениями
для дезактивации кожных покровов.
При дезактивации персонала, как пра-
вило, 90 % загрязнений удаляются вместе
с защитной одеждой, 7 % — с помощью
душа. Неповрежденная кожа является ве-
ликолепным барьером для радиоактивно-
го загрязнения. Поэтому нужно избегать
дезактивации, при которой нарушаются
защитные свойства кожи, и тщательно
мыться слабым мыльным раствором и во-
дой, по крайней мере, вначале. Дезактива-
цию следует производить в направлении
от чистых мест к грязным, уделяя особое
внимание загрязненности складок на теле,
ногтей и волос. Поверхность кожи рук надо
очищать начиная с пальцев, пространства
между ними, переходя к ладони. Мыть руки
нужно 3—5 мин.
Для удаления более высоких уровней
загрязнения, когда мыло не дает долж-
ного эффекта, следует применять различ-
ные специальные составы, в частности
адсорбенты, комплексообразователи и рас-
творители. Однако различные физико-
химические свойства многочисленных
радиоактивных элементов не дают
возможности рекомендовать универсаль-
ные средства, а специальные составы име-
ют весьма ограниченное применение. Так,
при загрязнении рук торием и фосфатом
рекомендуется применять мыло с добав-
кой трилона Б, гексаметафосфата и сти-
рального порошка, а при загрязнении
радием — каолиновое мыло. В некото-
рых случаях нужно пользоваться 1—2 %-
м раствором лимоннокислого натрия,
углекислого натрия, марганцовокислого
калия, соды и др. Все перечисленные
средства могут не дать полного дезакти-
вирующего эффекта, и обработку прово-
дят повторно.
Дезактивация кожных покровов дол-
жна проводиться с учетом изотопа, его
химического соединения, особенностей,
степени и продолжительности загрязне-
ния. От этого зависит выбор дезактиви-
рующих средств. Обычно дезактивация
кожных покровов проводится в несколь-
ко приемов: водой, затем раствором мыла,
дезактивирующим раствором и теплой
водой с мылом.
Хороший эффект дает применение паст
на основе каолиновой глины с различны-
ми добавками (гексаметафосфата натрия,
соды, пемзы и т. д.) наряду со смешан-
ной дезактивацией: водой, дезактивиру-
ющим раствором, пастой, теплой водой
с мылом. Стиральный порошок наносят
на руки с небольшим количеством воды
и растирают его до появления «белой пер-
чатки», затем смывают водой.
Если радиоактивное загрязнение
сопровождалось небольшим ранением
кожи, ранку необходимо несколько раз
промыть теплой проточной водой, а за-
тем искусственно вызвать кровотечение
под струей воды.
Лицо моют водой с мылом, волосы,
загрязненные радиоактивными вещества-
ми, — шампунем с добавлением 3 %-й
лимонной кислоты; глаза промывают под
струей теплой воды при широко раздви-
нутых веках, направляя струю воды от
внутреннего угла к наружному во избежа-
ние загрязнения слезных каналов; полость
носа — теплым физиологическим раство-
ром. При попадании радиоактивных ве-
ществ в рот его необходимо несколько раз
прополоскать теплой водой, зубы и дес-
ны вычистить щеткой с зубной пастой,
после чего прополоскать 3 %-й лимон-
ной кислотой.
Дезактивация считается законченной,
если уровень радиоактивности не превы-
шает допустимого, что подтверждается
показаниями радиометра. Если в результа-
те проведенной однократной обработки
частей тела не достигнута необходимая
степень чистоты, проводят повторную
дезактивацию. Неэффективные пов-
торные обработки свидетельствуют о фик-
сации изотопа кожей, что является осно-
ванием для постановки человека на ме-
дицинский учет.
5.5. ДЕЗАКТИВАЦИЯ
ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
Дтя очищения воды от радиоактив-
ных веществ применяют несколько спо-
собов: простое отстаивание, коагулиро-
вание с последующим отстаиванием,
фильтрование, перегонку. Первый, са-
мый простой способ позволяет удалить
только нерастворимые радионуклиды
и аэрозоли. С помощью коагулянтов
(квасцы, глина, кальцинированная сода,
сульфат железа, фосфаты) можно уда-
лить До 40% стронция-90, цезия-134
и цезия-137. Фильтрованием через пе-
сок, почву, торф, гравий можно достичь
очистки до 70—85 %.
Более полное удаление радионуклидов
из воды (в том числе и растворенных)
достигается при перегонке или пропуска-
нии ее через ионообменные смолы. По-
следний способ в настоящее время нашел
широкое применение и для очистки за-
грязненного молока. Кроме того, оказа-
лась эффективной переработка молока на
масло и сыры: основная часть радионук-
лидов при этом переходит в обрат и сы-
воротку. Если же масло загрязнено аэро-
зольными радиоактивными веществами,
удаляют поверхностный загрязненный
слой масла, который перетапливают.
Очистку зерна в открытых буртах
в случае его поверхностного загрязнения
производят осторожным снятием верхне-
го загрязненного слоя на глубину 10—15 см.
Этот загрязненный слой зерна можно
попробовать очистить промыванием про-
точной водой. То же самое делают при
загрязнении стогов сена, соломы и др.
Корне- и клубнеплоды (картофель,
свекла, морковь, турнепс) дезактивиру-
ют промыванием в проточной воде, что
при двух-трехкратном повторении позво-
ляет удалить до 80 % радиоактивных
веществ. Еще 10—15 % удаляются сняти-
ем кожуры, а окончательную очистку дает
их кипячение до полуготовности, после
чего воду сливают, овощи заливают но-
вой порцией воды и доводят их до готов-
ности. Следует учитывать, что больше
всего (в 8 раз по сравнению с картофе-
лем, морковью и другими корнеплодами)
накапливают стронция-90 столовая свекла
и плоды огурцов, кулинарная обработка
которых ограничена.
С кочанов капусты обычно снимают
верхние листья. Простое погружение в во-
ду капусты и корнеклубнеплодов эффекта
не дает. А вот некоторые ягоды, в част-
ности, клубника урожая 1986 г., погру-
женная на 20—30 мин в слабый раствор
лимонной, щавелевой или муравьиной
кислоты, теряла значительную часть
радиоактивного загрязнения.
Дезактивация снятием загрязненного
слоя характерна дтя таких продуктов, как
рыба, мясо, хлеб, сливочное масло и от-
части овощи и фрукты. Помидоры, ябло-
ки, сливы, имеющие гладкую поверхность,
заражаются главным образом снаружи. Их
необходимо тщательно промыть теплой
водой, а с яблок, груш, персиков и дру-
гих подобных фруктов снять кожицу.
В овощах, фруктах и ягодах, поверхность
которых имеет сложную конфигурацию
(капуста, малина и т. п.), радиоактивное
загрязнение может проникнуть на неко-
торую глубину.
Отдельные виды пищевого сырья (рис,
фасоль и др.) после промывки необходи-
мо тщательно высушить. При хранении
зерна в емкости или навалом радиоактив-
ные загрязнения могут проникнуть на глу-
бину 5—6 см, муки и соли — на 0,5... 1,0 см,
круп — на 1...2см, сахара — до 1,2 см.
Зерновую насыпь дезактивируют удалени-
ем верхнего загрязненного слоя, избегая
перемешивания с нижележащими, с по-
мощью пневматических устройств для по-
грузки зерна, действующих по принципу
пылеотсасывания. Возможны нанесение на
поверхность зерновой насыпи мучного
смета и заливка его водой. Образующаяся
после высыхания корка выполняет роль
дезактивирующей пленки, которая затем
снимается вместе с находящимися там
радиоактивными загрязнениями. Подоб-
ным образом можно дезактивировать муку,
которая хранится в насыпи.
Пищевое сырье в ходе кулинарной об-
работки и приготовления пищи не толь-
ко обеззараживается, но и дезактивирует-
ся. Так, в процессе обработки рыбы (уда-
ление плавников, костей, жабр) радиоак-
тивные загрязнения снижаются на 80 %.
В яйцах 50—85 % радиоактивных веществ
содержится в скорлупе. При переработке
зерна на муку загрязненность уменьша-
ется в 8 раз. При варке свеклы, капусты,
гороха, щавеля в отвар переходит до 85 %
загрязнений. Зараженность снижает пред-
варительное замачивание рыбы и мяса,
а в большей степени — отваривание.
В пищу следует употреблять засоленные
овощи и грибы, а не рассол.
Дезактивация происходит и в ходе
консервирования. В процессе подготов-
ки продукты предварительно промыва-
ют и бланшируют, т. е. обрабатывают
паром. При этом радиоактивных веществ
становится меньше в 2—6 раз. Кипяче-
ние, например, губчатых и пластинча-
тых грибов в течение 30 мин позволяет
извлечь примерно 80 % находящихся там
радионуклидов цезия.
5.6. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ТРАНСПОРТА
В зависимости от объема работ и уров-
ня радиоактивных загрязнений проводят
частичную (отдельные узлы) или полную
(все детали и узлы) дезактивацию транс-
порта.
В условиях первичного загрязнения
за счет оседания радиоактивных частиц
из воздушной среды преимущественно
поражаются горизонтальные поверхнос-
ти (тенты, кузова, крыши кабин и др.).
Загрязнение вертикальных поверхностей
составляет примерно 10 % загрязнения
горизонтальных. При движении, особен-
но в дождливую погоду, больше всего
загрязняется ходовая часть транспорта.
Равномерная дезактивация всего
транспорта без учета особенностей радио-
активного загрязнения не эффективна.
Больше всего загрязняются масляный
фильтр, радиатор, отдельные узлы дви-
гателя, задний борт и задняя часть кузо-
ва. Именно их необходимо обрабатывать
в первую очередь.
Дезактивации подлежат техника
и транспортные средства, которые к мо-
менту окончания работ на объекте оказа-
лись загрязненными радионуклидами
выше устаноаленных уровней. Наиболее
вероятными местами загрязнений могут
быть рабочие органы, контактирующие
с грунтом, колеса, двигатели, а также воз-
душные фильтры двигателей, воздухово-
ды вентиляционных систем и фильтры
очистки, различные замасленные места.
Загрязненные поверхности дезактиви-
руют протиранием их сверху вниз щетка-
ми, ветошью до образования пены, следя
за тем, чтобы дезактивирующий раствор
не разбрызгивался. Замасленные детали
и детали, покрытые смазкой, дез-
активируют органическими растворителя-
ми. дизтопливом, керосином и др. Если
обычная обработка (смывание раствора-
ми) не дает результата, используют спе-
циальные способы дезактивации: снятие
лакокрасочного покрытия растворителями,
травление поверхности кислотами или
щелочами, механическое удаление загряз-
ненного радионуклидами слоя. По окон-
чании обработки поверхности дезактиви-
рующим раствором ее протирают чистой
водой, а затем сухой ветошью. Операцию
повторяют два- три раза. Решение об окон-
чании дезактивации принимают по резуль-
татам радиационного контроля.
При необходимости частой дезакти-
вации сооружают спецмойку автотранс-
порта. Основными технологиями, приме-
няемыми для дезактивации транспорта,
являются струйная, пастами, гелями,
пароэмульсионная, специальными средст-
вами, гидромеханическая.
Работа строится по принципу эшело-
нирования, т. е. ступенчатой обработки
техники различными способами и fe зави-
симости от уровня радиоактивного загряз-
нения. После прохождения площадки, где
техника подвергается очистке от грязи
и дозиметрическому контролю, транспорт
перемешается на эстакады спецмойки. Там
проводится первая стадия дезактивации
струёй воды или с помощью дезактивиру-
ющего раствора. В ходе второй стадии, ко-
торая осуществляется на площадке, при-
меняют способы дезактивации прочнофик-
сированных загрязнений. В зависимости
от наличия технических средств и особен-
ностей оборудования спецмойки эта ста-
дия выполняется высоконапорной струёй,
рядом дезактивирующих растворов, в том
числе обеспечивающих удаление лако-
красочных покрытий, обработкой паром
и парожидкостной струёй.
Дезактивации различных стыков, узлов,
внутреннего пространства кабин и дру-
гих труднодоступных мест, особенно
в моторно-ходовой части, предшествует
частичная разборка узлов или агрегатов.
Затем проводят замену прокладок и масла.
Обработка транспорта с разборкой кро-
потлива и требует много времени, специ-
фична для автомобилей, тягачей, само-
свалов. Тем не менее, такая продолжи-
тельная процедура обходится дешевле,
чем выпуск новой техники.
После технического обслуживания
и дозиметрического контроля, который
осуществляется на спецмойке, обработан-
ная техника, загрязненная ниже допус-
тимого уровня, используется по прямому
назначению.
5.7. ДЕЗАКТИВАЦИЯ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ
В случае серьезной аварии на АЭС вы-
брос радионуклидов в атмосферу может
привести к загрязнению поверхностей
в районах городской застройки. Влияние
внешнего излучения с этих поверхнос-
тей на здоровье людей наиболее опасно
в районах с высокой плотностью населе-
ния, где принятие таких ответных мер,
как эвакуация, особенно проблематично
в силу ряда социальных и экономиче-
ских причин.
Дезактивацию помещений проводят
влажным способом или с использовани-
ем специальных пылесосов, гидроваку-
умной дезактивирующей установки, ран-
цевых дезактивирующих устройств и др.
Загрязненные поверхности дезактивиру-
ют протиранием поверхности помещений
сверху вниз щетками, ветошью до обра-
зования пены, следя за тем, чтобы
дезактивирующий раствор не разбрызги-
вался. По окончании обработки поверх-
ности дезактивирующим раствором ее
протирают чистой водой, а затеям сухой
ветошью.
Последовательность дезактивации по-
мещений: потолок, потолочные светиль-
ники, стены сверху вниз, включая воз-
духоводы, размещенное на них оборудо-
вание, приборы и пр., окна, мебель, две-
ри, двери, пол. Начинают дезактивацию
от менее загрязненных (более чистых)
мест,««передвигаясь к более загрязненным.
Если обычная обработка — смывание ра-
створами — не дает результата, исполь-
зуют специальные способы дезактивации:
снятие лакокрасочного покрытия раство-
рителями, травление поверхности кисло-
тами или щелочами, механическое уда-
ление загрязненного радионуклидами
слоя. Решение об окончании дезактива-
ции принимают по результатам радиа-
ционного контроля.
Дезактивация зданий и сооружений
зависит от свойств строительных мате-
риалов, размеров и конфигурации наруж-
ных частей здания, особенностей внут-
ренних помещений.
Дезактивацию наружных поверхнос-
тей зданий проводят с целью снижения
радиационного фона и опасного их вли-
яния на окружающую среду. В связи
с этим обработке сначала подвергают наи-
более загрязненные части зданий, а так-
же двери, оконные проемы и места сто-
ков дождевой воды.
В качестве технических средств дез-
активации возможно использование со-
стоящих на вооружении армейских
средств и технических средств, разрабо-
танных предприятиями промышленнос-
ти (табл. 5.10).
Работы начинают с крыши. Выбор
способа определяется материалом кровли
(железо, рубероид, шифер, черепица)
и несущей способностью ферм. Очистка
струёй воды, пылесосами и дезактивиру-
ющими растворами наиболее эффективна
для железных покрытий. Однако пред-
почтение следует отдать «сухим» спосо-
бам, поскольку отработавшая водная мас-
са, несущая радиоактивные загрязнения,
стекает с крыши и вновь заражает на-
ружную поверхность здания. В данном
случае рациональны пылеотсос, обработ-
ка механическими щетками, снятие верх-
него загрязненного слоя (в первую оче-
редь краски), применение дезактивиру-
ющих пленок, особенно полимерных.
Таблица 5.10. Технические средства дезактивации
Наименования Назначение
Авторазливочная станция АРС-14 Дезактивация зданий и сооружений в населенных пунктах, дорог, техники 1-5,
Пожарная машина АМ-130 Дезактивация зданий и сооружений в населенных пунктах, дорог, техники 1,5-15
Поливо-моечная машина Дезактивация дорог и обочин 1-5
Универсальная дезактивирующая моющая установка УДМУ Дезактивация поверхностей. Сбор пыли, мусора, остатков дезактивирующих растворов с полов помещений 4,0-7,5
Дегазационный комплект дкв Дезактивация помещений и оборудования, труднодезактивирующихся поверхностей (рельефный металл, стены) 1,7-3,2
Пароэжекторный распылитель РП1 Дезактивация поверхностей, загрязненных РВ, нефтепродуктами и маслами До 36
Генератор высокократной пены ГП-ЗМ Дезактивация поверхностей, загрязненных РВ, нефтепродуктами и маслами 3,0-3.5
Гидромониторы ГЭМ. ГМ-7, ГМ-1М Дезактивация внутренних поверхностей помещений, внутренних и наружных поверхностей оборудования 3.O-3.5
Универсальная дезактивирующая моющая установка «Тайфун» Дезактивация внутренних поверхностей помещений, внутренних и наружных поверхностей оборудования 1,5-7,5
При выборе жидкостных способов пред-
почтение следует отдавать обработке
пенами и дезактивирующими растворами.
Одним из наиболее надежных способов
дезактивации является обработка стен и по-
толка пеной. В состав пены может входить
сорбент, в частности силикагель. Пену
наносят в виде слоя толщиной 2—3 см,
выдерживают в течение 10—20 мин, а за-
тем удаляют, желательно пылеотсосом.
Снятием загрязненной краски достигают
коэффициента снижения мощности дозы
до 7—14. Практикуется также и много-
слойная окраска. Подобным действием
обладают локализующие полимерные
пленки на основе кремнийорганических
соединений и поливинилового спирта.
Дезактивация пола осуществляется
механическим снятием верхнего загряз-
ненного слоя или изоляцией поверхно-
сти полимерными материалами, в неко-
торых случаях и бетоном. Чаще, чем при
обработке стен, применяют жидкостные
способы, в том числе и струёй воды.
Глава 6. ОРГАНИЗАЦИЯ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ
И БЕЗОПАСНОСТЬ ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ
6.1. ОРГАНИЗАЦИЯ УЧАСТКА
ДЕЗАКТИВАЦИИ НА АЭС
Для обеспечения нормальной эксплу-
атации АЭС на современном уровне
и максимального сокращения доз облу-
чения персонала необходим дезактиваци-
онный комплекс, разработка которого дол-
жна проводиться параллельно с разработ-
кой проекта АЭС и быть его составной
частью. В настоящее время таких комп-
лексов, удовлетворяющих современным
требованиям, нет ни на одной отечест-
венной АЭС, и вопросы дезактивации
решаются эксплуатационным персоналом
каждой станции самостоятельно.
В проект АЭС включаются станцион-
ные системы дезактивации, которые рас-
полагаются стационарно (они проектиру-
ются для АЭС с конкретной РУ), и сис-
темы дезактивации, которые создаются вре-
менно в случае необходимости проведения
определенных дезактивационных работ из
отдельных готовых модульных элементов.
На рис. 6.1 представлена блок-схема комп-
лекса дезактивационных систем для АЭС
нового поколения с ВВЭР-640.
Технические решения по реализации
комплекса предлагались на основе боль-
шого объема научно-технических мате-
риалов по технологиям и техническим
средствам дезактивации, данных о воз-
можных уровнях радиоактивных загряз-
нений, опыта проведения дезактиваци-
онных работ и современных тенденций
их организации на действующих АЭС.
Комплекс обеспечивает возможность
дезактивации объектов при нормальном
эксплуатационном режиме и при прове-
дении планово-предупредительных ре-
монтов.
К стационарным системам дезактива-
ции относятся система дезактивации пер-
вого контура и дезактивационные погруж-
ные ванны различного назначения. Сис-
тема дезактивации первого контура в сбо-
ре включает собственно первый контур
и штатные вспомогательные системы,
обеспечивающие проведение дезактивации.
Погружные ванны устанавливаются
в спецкорпусе и реакторном отделении
и обеспечиваются подводом технологиче-
ских сред по стационарным трубопрово-
дам. Ванны предназначены дтя дезакти-
вации приводов СУЗ, выемной части
и вала ГПН, съемного контурного обору-
дования, его узлов и деталей, арматуры,
инструментов и пр.
В набор модульных элементов, из кото-
рых составляются передвижные модульные
системы дезактивации, входят следующие
установки или комплекты устройств, вы-
полняющие определенную функцию при
проведении дезактивации:
установка дтя дезактивации полов;
комплект технических средств дтя при-
готовления и нанесения полимерных по-
крытий;
установка для парожидкостной дезак-
тивации;
установка для приготовления раство-
ров и их концентратов;
установка циркуляционная;
устройство для дезактивации верхне-
го блока;
устройство для дезактивации компен-
сатора давления;
гидромонитор (для дезактивации ёмко-
стного оборудования);
устройство для дезактивации паро-
генератора;
ручная установка электрохимической
дезактивации;
устройство для дезактивации корпу-
са главного циркуляционного насоса;
устройство для дезактивации труб
большого диаметра;
блок питания для установок электро-
химической дезактивации;
установка для корректировки концен-
трации дезактивирующих растворов.
Модульные элементы дезактивацион-
ных временных систем монтируются на
платформах и могут перемещаться с по-
мощью электрокара или переноситься
мостовым краном.
Для дезактивации определенного
объекта в соответствии с принятой тех-
нологией собирается система, состоящая
из одного или нескольких модулей раз-
личного назначения.
На рис. 6.1 показана связь различных
объектов дезактивации с модульными
элементами, комплектующими временные
дезактивационные системы. Например,
при дезактивации емкостного оборудо-
вания используются установка приготов-
ления раствора, циркуляционная установ-
ка и гидромонитор.
Дезактивация емкостей проводится
двумя растворами в две стадии: на пер-
вой стадии — 2...3 г/л перманганата ка-
лия + 1...5 г/л азотной кислоты; на вто-
рой стадии — тем же раствором с вводом
10...20 г/л щавелевой кислоты. Темпера-
тура обработки — до 90 °C. В зависимос-
ти от объема дезактивируемой емкости
рабочий объем дезактивирующего раство-
ра составляет 1—5 м3.
Перед началом дезактивации на скла-
де химреагентов спецкорпуса отбирают-
ся требуемые навески перманганата
калия и щавелевой кислоты в прием-
ные корзины установки приготовления
раствора. Транспортными средствами
станции установки и гидромонитор
доставляются к месту проведения дез-
активации.
Дезактивируемая емкость опорожня-
ется и отсекается. Собирается передвиж-
ной комплекс дезактивации емкости из
установок приготовления, циркуляции
дезактивирующего раствора и гидромо-
нитора. В баки установки приготовления
раствора подается дистиллят. Обеспечи-
вается полное растворение сухих реаген-
тов путем внутренней циркуляции раство-
ра с помощью насоса установки приго-
товления. Подача концентрированной
азотной кислоты осуществляется из ем-
кости системы приготовления и подачи
химреагентов насосом-дозатором непос-
редственно в емкость установки приго-
товления или с помощью переносных
канистр, входящих в комплект установ-
ки. При необходимости раствор подогре-
вается электронагревателями установки.
Объем приготовленного концентрата
каждого дезактивирующего раствора
составляет 500 л.
Рис. 6.1. Схема комплекса средств дезактивации оборудования и помещений АЭС нового поколения:
1 — ванна дезактивации съемного оборудования; 2 — ванна дезактивации выемной части ГПН;
3 — установка нанесения покрытий; 4 — установка парожидкостной дезактивации; 5 — установка
дезактивации полов; 6 — ручная установка электрохимической дезактивации; 7 — ручная переносная
установка электрохимической дезактивации; 8 — устройство для дезактивации патрубка реактора;
9 — устройство для дезактивации корпуса ГЦН; 10 — устройство для дезактивации коллектора ПГ;
11 — струйное устройство дезактивации емкостей; 12 — устройство дезактивации верхнего блока;
13 — устройство дезактивации компенсатора давления; 14 — устройство дезактивации парогенератора;
15 — ванна дезактивации приводов СУЗ; 16 — поддон для дезактивации модулей и устройств;
17 — циркуляционная установка; 18 — бак приготовления состава полимерного покрытия;
19 — установка приготовления растворов; 20 — баки приготовления дезактивирующих растворов
Дезактивируемая емкость заполняется
необходимым количеством дистиллята.
Насосом циркуляционной установки обес-
печивается циркуляция воды по контуру:
циркуляционная установка — гидромони-
тор — дезактивируемая емкость — уста-
новка^приготовления раствора — цирку-
ляционная установка. В зависимости от
типа емкости возврат раствора обеспечи-
вается водоструйным насосом (для емко-
стей с плоским днищем) или центробеж-
ным насосом (для емкостей с нижним сли-
вом), входящими в состав комплекса.
Электронагревателями циркуляцион-
ной установки дистиллят подогревается
до требуемой температуры, после чего
в него вводится концентрат первого дез-
активирующего раствора. Для преобразо-
вания первого раствора во второй в бак
циркуляционной установки порционно
вводится концентрат щавелевой кислоты.
По окончании дезактивации отрабо-
танный дезактивирующий раствор сли-
вается в трап спецканализации. Система
промывается дистиллятом для удаления
остатков реагентов. После дозиметриче-
ского контроля при необходимости про-
водится повторная дезактивация всей
емкости или дезактивация отдельных
участков, например электрохимическим
способом.
При достижении требуемых уровней
загрязнения комплекс дезактивации раз-
бирается, емкости установки приготов-
ления растворов и циркуляционной
установки опорожняются от остатков
растворов и промываются дистиллятом.
Гидромонитор демонтируется и помеща-
ется в контейнер. Станционными транс-
портными средствами установки и гид-
ромонитор доставляются к месту дезак-
тивации следующей емкости или на уча-
сток дезактивации спецкорпуса, где
проводятся дозиметрический контроль,
отмывка и консервация перед хранением
использованных технических средств
дезактивации. Аналогично осуществляет-
ся дезактивация теплообменного обору-
дования, выпарных аппаратов, компен-
сатора давления, верхнего блока, шахт
с использованием соответствующего на-
бора технических средств.
Разрабатываемый дезактивационный
комплекс позволяет обеспечивать требу-
емые коэффициенты дезактивации бла-
годаря использованию эффективных,
проверенных в натурных условиях техно-
логий с помощью электрохимического,
пароэмульсионного, струйного и других
способов дезактивации. Оборудование
комплекса простое и удобное в обраще-
нии, удовлетворяет как радиологическим,
так и всем другим требованиям безопас-
ности, имеет разумную стоимость. Пере-
численный набор модульных элементов
может быть использован на АЭС прак-
тически любых проектов. Для нормаль-
ной работы дезактивационных модулей
(установок и устройств) необходимо преду-
смотреть:
место для размещения, ревизии и ре-
монта комплекта предлагаемых устано-
вок и устройств площадью не менее 50 м2;
место размещения установок у объек-
тов в период проведения дезактивации;
возможность транспортировки моду-
лей штатными подъемно-транспортными
средствами;
обеспечение модулей электроэнергией;
возможность подключения к трубо-
проводам холодной и горячей воды (при
дезактивации парогенераторов и емкос-
тей большого объема);
достаточную высоту помещений, в ко-
торых проводится монтаж технических
средств дезактивации;
расположение люков, отверстий, про-
емов в центре стационарных емкостей, бас-
сейнов и других отмываемых объектов;
трапы для слива отработанных дезак-
тивирующих растворов.
В отличие от используемой на дей-
ствующих АЭС системы дезактивации,
предусматривающей разводку трубопро-
водов дезактивирующих растворов к
объектам дезактивации от общего узла
приготовления, принятая унифицирован-
ная передвижная система дезактивации
позволяет:
исключить из проекта АЭС трубопро-
воды подачи растворов (окислительного
и восстановительного) и пара к каждому
объекту дезактивации;
обеспечить автономную дезактивацию
загрязненного объекта АЭС;
одновременно проводить дезактива-
цию нескольких разноименных объектов
на различных блоках;
снизить до минимально возможного
объем образующихся ЖРО;
использовать современные технологии
дезактивации с трансформацией растворов;
минимизировать коррозионные по-
вреждения конструкционных материалов
благодаря снижению времени обработки
и использованию малореагентных рецеп-
тур при обеспечении достаточной эффек-
тивности дезактивации;
обеспечить постоянный контроль про-
текающих процессов дезактивации.
6.2. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОВЕДЕНИЯ
ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ
Конечная цель дезактивации — сни-
жение радиоактивного загрязнения обо-
рудования и материалов до допустимой
нормы или до уровня, позволяющего
производить ремонтные работы в тече-
ние полного рабочего дня. Эффектив-
ность дезактивации — комплекс каче-
ственных и количественных показателей,
характеризующих результат процесса дез-
активации.
Если обозначить начальное загрязне-
ние образца (до дезактивации) через Ан,
а конечное загрязнение (после дезакти-
вации) — через то эффективность дез-
активации можно определить соотноше-
ниями, показывающими долю радиоак-
тивных веществ в процентах начального
загрязнения, которая осталась на объекте
после дезактивации и удалена с него,
соответственно:
а, =4ч00
л 4
ИЛИ А - А
Рд =-а——ЧОО.
Кроме того, эффективность дезакти-
вации оценивают посредством коэффи-
циента дезактивации — количественным
показателем, характеризующим эффек-
тивность дезактивации и измеряемым
отношением уровней радиоактивного за-
грязнения до и после дезактивации:
При больших значениях КД применя-
ют понятие индекса дезактивации, рас-
считываемого по формуле
4l=10S4=k’gK;l-
Если необходимо акцентировать вни-
мание на эффективности дезактивации
растворами, ее сравнивают с эффектив-
ностью дезактивации за счет предвари-
тельной водной отмывки объекта. При
этом индексы активности можно пред-
ставить как
VAi.
Рр 4
Ai ~ А
где А{, А2 — активности объекта после
дезактивации водой и раствором соответ-
ственно.
Возможна также оценка эффективно-
сти дезактивации с помощью динамиче-
ского коэффициента дезактивации:
Хд Кд " л л ’
где Лд — допустимая активность объекта;
Кд — достижимый коэффициент дезак-
тивации; Кд — требуемый коэффици-
ент дезактивации.
Между величинами, определяющими
эффективность дезактивации, существу-
ют определенные связи:
ад =100-рд;
ъг ЮО.
,
ад
которые в числовой форме можно пред-
ставить так:
Кл 1 10 20 50 100 1000 10000
D. 0 1,0 1,3 1,7 2,0 3,0 4,0
ад, % 100,0 10,0 5,0 2,0 1,0 0,1 0,01
Рд, % 0 90 95 98 99 99,9 99,99
На рис. 6.2 видно, что изменение ве-
личины ад обратно пропорционально
изменению (Зд . Загрязнение после дез-
активации всегда меньше начального
загрязнения, поэтому всегда КА > 1,
а максимальное значение коэффициента
дезактивации теоретически может быть
равно бесконечности. В конкретных
условиях, однако, коэффициент дезакти-
вации ограничен каким-то предельным
значением (на рис. 6.2 это значение рав-
но 20) и обычно не превышает 1000.
Рис. 6.2. Зависимость эффективности
дезактивации от времени обработки
Итак, эффективность дезактивации
можно определить при помощи различ-
ных величин: АГД, /)д, ад и 0Д. Каждая
из них характеризует полноту дезактива-
ции и может служить критерием оценки
качества дезактивационных работ.
Часто в процессе выполнения работ
используют понятие коэффициента взя-
тия мазка, который определяет долю ра-
диоактивных веществ, переходящих на
поверхность при контакте ее с загряз-
ненным объектом.
Коэффициент взятия мазка — отно-
шение загрязнения 1 см2 контролируе-
мой поверхности (Лконтр) к загрязнению
1 см2 исходной поверхности (А^*) в про-
центах:
К .100%.
4сх
Значение коэффициента взятия мазка
зависит от свойств поверхности и радио-
активных веществ. При загрязнении по-
верхности растворами радионуклидов он
уменьшается по сравнению с загрязнени-
ем радиоактивной пылью и сильно зави-
сит от пористости поверхности. Этот ко-
эффициент учитывается при дезактивации
поверхностей, с которыми соприкасаются
люди в результате своей деятельности.
Кроме основных величин, характери-
зующих результаты дезактивации, ис-
пользуют вспомогательные величины.
Последние определяют эффективность
дезактивации лишь косвенно и приемле-
мы в определенных условиях. Так,
результаты дезактивации определяют из-
мерением активности дезактивирующего
раствора после дезактивации. В этом слу-
чае чем выше активность дезактивирую-
щего раствора, тем эффективнее дез-
активация.
В прошлом большинство дезактива-
ционных методов оценивали, в первую
очередь, по значению коэффициента
дезактивации и коррозионному воздей-
ствию на материалы. В настоящее время
возрастающую роль приобретают другие
факторы. Дезактивация понимается как
процесс, определяемый несколькими кри-
териями: не только коэффициентом дез-
активации, приемлемыми скоростями
коррозии, но и временем процесса, до-
ступностью оборудования и реагентов,
аспектами безопасности, в том числе ра-
диоэкологическими, приемлемой стоимо-
стью применения, минимальным коли-
чеством отходов. Эти критерии образу-
ют сложную систему, в которой неадек-
ватность одного из аспектов может быть
уравновешена улучшением другого.
С позиций радиационной безопасно-
сти эффективность и достаточность дез-
активации оценивается по снижению ра-
диационной экспозиции исходя из прин-
ципа приемлемого риска (ALARA —
«настолько низко, насколько это разум-
но достижимо»), в отличие от принципа
нулевого риска (ALAPA — «настолько
низко, насколько это технически дости-
жимо»). Работа на основе принципа при-
емлемого риска дает возможность про-
водить процедуры дезактивации на оп-
равданном экономическом уровне, тогда
как достижение идеального уровня ну-
левого риска потребовало бы неизмери-
мо больших затрат.
6.3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМ
ВЫБОРАОПТИМАЛЬНОЙ
ТЕХНОЛОГИИ ДЕЗАКТИВАЦИИ
При большом количестве оборудова-
ния, материалов, объектов и большом
количестве технологий дезактивации воз-
никает двойственная проблема, обуслов-
ленная, во-первых, необходимостью при-
нятия решения о целесообразности про-
ведения дезактивации для конкретного
оборудования, материала или объекта,
а во-вторых (в случае положительного ре-
шения) — выбором оптимальных при-
менимых методик дезактивации.
В настоящее время не существует уни-
версального способа, который позволял
бы проводить дезактивацию любого обо-
рудования с требуемой эффективностью.
Существует большое число способов
дезактивации, и в каждом случае необ-
ходим индивидуальный подход с учетом
многих факторов. Практически решается
не столько вопрос возможности дезакти-
вации объекта, сколько вопрос выбора
наиболее оптимального способа из не-
скольких.
Сложность определения оптимально-
го комплекса дезактивационных работ
для конкретного объекта можно проде-
монстрировать на примере критериев,
которыми руководствуются при приня-
тии решения:
принципиальная возможность прове-
дения дезактивации;
планирование дальнейшего использо-
вания дезактивированных объектов (воз-
вращение в эксплуатацию, понижение
уровня радиоактивного загрязнения объекта
с целью перевода объекта из одной груп-
пы РАО в другую, захоронение, дезак-
тивация объекта до уровней свободного
использования);
сопротивляемость очищаемых матери-
алов повторному загрязнению;
эффективность процессов дезакти-
вации;
время проведения дезактивационных
работ;
объем полученных при дезактивации
вторичных РАО и условия их перера-
ботки;
общая стоимость процесса (стоимость
материалов, трудовые затраты, переработ-
ка вторичных РАО).
Данная задача усложняется в том слу-
чае, когда необходимо оценить проведе-
ние дезактивации по всем возможным
способам дезактивации для большого
объёма разнотипного оборудования с вы-
дачей расчетов по параметрам возмож-
ных циклов дезактивации.
Решение этой задачи позволяет в пер-
вом приближении определить методику
«расходы — польза» для дезактивацион-
ных работ или при проведении дезакти-
вации руководствоваться принципом
приемлемого риска — ALARA. В таких
ситуациях принято прибегать к помощи
компьютера или других средств автома-
тизации, разработав экономико-матема-
тическую модель процесса.
В идеале данная модель на основе
финансовых затрат на цикл дезактива-
ции должна определять оптимальные
дезактивационные технологии (циклы
дезактивации), применимые к конкрет-
ному оборудованию (детали). В последу-
ющем на основании модели возможно
создание программного продукта для
автоматизации выбора технологий дез-
активации. По мнению многих специа-
листов, компьютерная система является
наилучшим инструментом для эффектив-
ной и полной оценки данных в ситуациях,
когда необходимо определение затрат
и целесообразности конкретных операций
при проведении масштабных работ,
например по снятию с эксплуатации
АЭС. Назначение таких систем — выбор
оптимальных технологических решений
по срокам, объему, экономичности, вре-
мени, дозовым затратам, трудозатратам
при рассмотрении всех возможных тех-
нологий демонтажа и дезактивации
для каждого конкретного оборудования
и систем в целом. Одной из составных
частей данных систем является «блок»
(модуль) работы с радиоактивными
отходами, куда, в свою очередь, входят
подпрограммы расчета дезактивацион-
ных работ.
В некоторых странах подобные систе-
мы уже созданы. Считается, что разра-
ботка данных программ есть одной из
важнейших задач в работах по снятию
с эксплуатации АЭС. Так, программа
COSMARD (Code System for Management
of Reactor Decommissioning) провозгла-
шена головной национальной програм-
мой по разработке рассматриваемых
технологий демонтажа ЯУ. В Германии,
например, для управления проектом СЭ
разработаны системы PrISy (Project
Information System — система управле-
ния проектом) и STILLKO-2.
В большинстве своём они представля-
ют совокупность специализированных
программ, связанных воедино; такой под-
ход дает возможность отразить весь ком-
плекс необходимых операций и исклю-
чить их двойной учет при планировании.
При этом следует учесть, что пере-
численные программы реализовывались
под проект снятия с эксплуатации
определенной ЯУ; приведение к усло-
виям другой АЭС практически повлечет
за собой их коренную переработку и по-
требует значительных научных, финан-
совых вложений. Тем самым Украине
для эффективного проведения работ по
снятию с эксплуатации АЭС требуется
создать альтернативное программное
обеспечение.
Задача выбора оптимальной дезакти-
вационной технологии для оборудования
и материалов решается экономико-мате-
матическим моделированием процесса
проведения дезактивационных работ.
Выделяют следующие этапы эконо-
мико-математического моделирования:
1. Постановка экономической пробле-
мы и ее содержательный анализ.
2. Построение математической модели.
3. Математическое исследование модели.
4. Подготовка исходной информации.
5. Численный расчет.
6. Анализ установленных результатов.
7/,Их использование на практике.
Под оптимальными технологиями
понимаются такие технологии, которые
совместно с наложенными на систему
ограничениями обеспечивают экстремаль-
ное значение критерия эффективности
(в нашем случае минимальное) в зави-
симости от затрат на дезактивацию.
Каждая экономико-математическая
модель, носящая оптимизационный ха-
рактер, включает:
целевую функцию, значение которой
минимизируется или максимизируется;
систему уравнений, определяющую
зависимость между всеми переменными
в задаче;
набор ограничений, определяющий
границы значений переменных в задаче.
В общем виде экономико-математиче-
ская модель выглядит следующим образом:
E = Yct ->Extr
при следующих ограничениях:
£ av • X, {<;=: >}6у, j' = (L т);
dj <Xt <D,,i = (1,/и),
где Е — целевая функция; С — коэффи-
циенты при переменных в целевой функ-
ции; X' — переменные задачи (техноло-
гии дезактивации); Е — правые части
ограничений; — коэффициенты при
переменных в ограничениях; d. — мини-
мально возможные значения переменных;
Z) — максимально возможные значения
переменных.
Если целевая функция для z-й техно-
логии проведения дезактивационных ра-
бот приобретает вид
(Гмш'обор *" ^РАО до дел —
— дез — ^-РАОпосле> 0-
где Смат/обор — стоимость оборудования
(материалов), выведенного из-под регули-
рующего контроля; СРАОдо дез — затраты
на обращение с РАО (захоронение и пе-
реработка) до проведения дезактиваци-
онных работ; £>дсз — затраты на проведе-
ние цикла дезактивационных работ (скла-
дываются из затрат на проведение каж-
дого способа дезактивации, входящего в
цикл, — стоимость реагентов, энергоно-
сителей, оплата труда, затраты на обра-
щение с вторичными РАО и отходами);
Срло после — затраты на обращение с
РАО после проведения дезактивацион-
ных работ, то проведение дезактиваци-
онных работ целесообразно для данного
оборудования с экономической точки зре-
ния.
Аналогично можно представить вы-
ражение для дозовых нагрузок, Зв:
^дез + ^РАО после дез < ^РАОдо дез ’
где £>дез — доза, полученная персоналом
в процессе проведения дезактивационных
работ; Д>АО после дез “Д°за, полученная
персоналом в процессе обращения с РАО
после дезактивации; ДэдОдодез — доза,
полученная персоналом в процессе обра-
щения с РАО до дезактивации.
На практике определение конкретных
значений доз малодостижимо, так как для
определения всех величин, входящих
в выражение, необходимо большое коли-
чество исследований и измерений. По-
этому часто руководствуются значением
/)дез. получаемым по консервативным
расчетам разрешенного времени работы
с радиоактивно загрязненным оборудова-
нием или по индивидуальным дозимет-
рическим приборам.
Задачу выбора дезактивационных тех-
нологий для снимаемой с эксплуатации
АЭС можно решить и при помощи руч-
ных расчетов: если критерий выбора из-
вестен и вариантов немного, решение
может быть найдено путем перебора
и сравнения всех вариантов. Однако прак-
тически число возможных вариантов йа-
столько велико, что полный перебор, как
правило, нереален. В такой ситуации по-
лезен последовательный анализ вариан-
тов с использованием комбинаторного
метода ветвей и границ. Его суть заклю-
чается в упорядоченном переборе вари-
антов и рассмотрении лишь тех из них,
которые оказываются по определенным
признакам перспективными. Согласно
данному методу, множество допустимых
решений (планов) некоторым способом
разбивается на подмножества, каждое из
которых этим же способом снова разби-
вается на подмножества. Процесс про-
должается до тех пор, пока не будут по-
лучены решения исходной задачи. Такой
последовательный анализ вариантов
позволяет определить оптимальный ва-
риант. План проведения дезактивацион-
ных работ со значением стоимости мень-
шим или равным значению функции
других возможных для ветвления вер-
шинах является оптимальным планом
исходной задачи.
Эффективное построение экономико-
математической модели для таких систем
связано с достаточно полным рассмотре-
нием физической сущности протекающих
в них технологических процессов и анали-
зом их особенностей. При этом в первую
очередь необходимы наиболее полный
инженерный анализ системы, построение
технической модели и структуры управле-
ния объекта, позволяющие осуществить
выбор структуры и параметров системы
функционирования объекта, формирование
критериев оптимальности и ограничений,
а также решение задач прогнозирования.
При выборе оптимальных параметров
проведения дезактивационных работ на
практике используют следующие крите-
рии: время дезактивации; количество
вторичных РАО; стоимость процесса.
Время дезактивации, ч,
2 ((г +^обм)Х1$о +^ПОДГ
у _ п=1_________________
60
где / — количество способов в цикле дез-
активации; tt — производительность
/-го способа дезактивации, мин/м2; —
производительность обмыва после дез-
активации, мин/м2; So — общая площадь
дезактивируемого объекта, м2; Гподг — вре-
мя на подготовку к проведению следую-
щего способа (приготовление растворов,
перемещение оборудования и т. д.), мин.
Объём вторичных РАО, м3,образую-
щихся при проведении дезактивацион-
ных работ,
'' ( у V
*РАО = Ло х Ё ---—------+----—
о 2-^ Г* / С* С IC
н=1\' vv.o6m./
где So — общая площадь дезактивируемо-
го объекта, м2; / — количество способов
в цикле дезактивации; Иобм / — расход
обмывочных вод после /-го способа дезак-
тивации, м3/м2; Ск — солесодержание ку-
бового остатка, г/м3; Cvo6mz — соле-
содержание обмывочных вод после /-го
способа дезактивации, г/м3; —расход
дезактивационного раствора при /*-м спо-
собе дезактивации, м3/м2; Сд/ — солесо-
держание отработанного дезактивационного
раствора /-го способа дезактивации, г/м3.
Затраты на химические реагенты и рас-
ходные материалы при проведении спо-
соба дезактивации, грн,
Эр=80х^РьхСь,
Д=1
где So — общая площадь дезактивируе-
мого объекта, м2; b — количество реаген-
тов (расходных материалов), применяю-
щихся в способе дезактивации; Рь — рас-
ход 6-го реагента, применяющегося
в способе дезактивации, кг(л)/м2; Сь —
стоимость 6-го реагента, грн/кг(л).
Общие затраты на проведение всего
цикла дезактивационных работ, грн,
Э — РрАО х Срдо + х Сопл X Kj +
И=1
+Ст х х Ё обмл + ) + Ё 3pi
//=1 н=1
где ИРАО “ объём вторичных радиоак-
тивных отходов, м3; СРАО — затраты на
обращение с вторичными РАО, грн; Т—
время проведения цикла дезактивацион-
ных работ, ч; Сопл — оплата труда пер-
сонала, производящего дезактивацион-
ные работы, грн/ч; / — количество спо-
собов в цикле дезактивации; Ki — коэф-
фициент участия персонала при прове-
дении /-го способа дезактивации; Ст —
затраты на переработку отработанных дез-
активационных растворов и обмывочных
вод, грн/м3; So — общая площадь де-
зактивируемого объекта, м2; ; — рас-
ход обмывочных вод после /-го способа
дезактивации, м3/м2; — расход де-
зактивационного раствора при /*-м спо-
собе дезактивации, м3/м2; Эр/ — затраты
Рис. 6.3. Алгоритм проведения дезактивационных работ
на проведение дезактивации 7-м спосо-
бом, грн.
Алгоритм проведения дезактивацион-
ных работ в общем виде представлен на
рис. 6.3. Для оборудования (7), поступа-
ющего на дезактивацию, необходимо ре-
шить (2), существует ли возможность
проведения дезактивации до заданного
уровня радиоактивного загрязнения. Если
нет, оборудование отправляют на захо-
ронение (5). Если да, производят выбор
всех возможных технологий дезактива-
ции, применимых к данному объекту (4),
составляют циклы дезактивации, а затем
выполняют расчеты всех выбранных тех-
нологий дезактивации (5). По получен-
ным результатам выбирают технологии,
имеющие наилучшие показатели (6).
Производят анализ целесообразности про-
ведения дезактивационных работ (7).
Если дезактивация не целесообразна, обо-
рудование отправляют на захоронение (5),
если целесообразна — проводят его дез-
активацию (8). После дезактивации обо-
рудование или отправляют в продажу как
оборудование, способное выполнять свои
функции, либо в виде материалов, вхо-
дящих в состав оборудования (9), или
на дальнейшую эксплуатацию (10). Если
цель проведения дезактивации заключа-
лась в снижении категории РАО, обору-
дование отправляют на захоронение (5).
Рис.6.4. Алгоритм выбора оптимальных
дезактивационных технологий
Как видно, алгоритм достаточно про-
стой. но при его реализации на практике
возникают три основные проблемы.
Первая относится к этапу выбора воз-
можных способов и определения цикла
дезактивации (4k На данном этапе необ-
ходимо учесть все характеристики дезак-
тивируемого объекта и исключить спо-
собы, не подходящие для проведения дез-
активационных работ по следующим
показателям:
уровню радиоактивного загрязнения
объекта (т. е. исключить способы, кото-
рые при высоком уровне радиоактивно-
го загрязнения объекта могут вызвать
получение высоких дозовых затрат пер-
соналом, производящим работы);
коэффициентам дезактивации (если
они малы и не позволяют произвести дез-
активацию оборудования с должной
эффективностью);
размерам дезактивируемого объекта;
конфигурации дезактивируемого
объекта и распределению радиоактивно-
го загрязнения по поверхности (исклю-
чить способы дезактивации, которые не-
возможно применить для данного объекта
из-за наличия труднодоступных мест на
поверхности объекта);
материалам, входящим в состав дезак-
тивируемого объекта (исключить способы,
применение которых противопоказано).
В простейшем случае, если известны
все перечисленные показатели, расчетом
способов (5) и их сравнением (6) можно
решить вопрос целесообразности прове-
дения дезактивации (7).
Но если ни один из способов не по-
зволяет достигнуть желаемого результа-
та, т. е. начальное радиоактивное загряз-
нение велико, а коэффициенты дезакти-
вации низки, появляется вторая пробле-
ма — составление цикла дезактивации:
нужно выбрать все варианты сочетаний
способов дезактивации, обеспечивающих
совокупный коэффициент дезактивации,
достаточный для достижения необходи-
мого уровня радиоактивного загрязнения.
Третья проблема очень тесно взаимо-
связана с решением второй. Известно, что
дезактивация каждым из способов в той
или иной мере влияет на поверхность
очищаемого объекта. Коэффициент дез-
активации используемого способа будет
зависеть от того, применялся ли до него
предыдущий способ и какой именно
(в том числе и тот же самый). Таким обра-
зом, в зависимости от сочетания спосо-
бов дезактивации необходимо учитывать
изменения коэффициентов дезактивации.
С учетом изложенного алгоритм вы-
бора оптимальных технологий можно
свести к следующему (рис. 6.4). Обору-
дование, поступающее на дезактивацию,
описывают (7) по материальному соста-
ву , уровням радиоактивного загрязнения,
габаритам. Производят сравнение (2)
описанного оборудования с технологи-
ческими ограничениями при выявлении
любого технологического ограничения (3)
о невозможности проведения дезактива-
ционных работ. Затем (шаги 4, 5, 6, 9)
в соответствии с выдвинутыми пред-
ложениями (наличие покрытий, меры
фиксации загрязнения и т. д.) выбирается
группа способов дезактивации, возможных
к применению для данного объекта (7).
Производится расчет затрат группы спо-
собов дезактивации, возможных к при-
менению для данного объекта, и ихсрав-
нение с целью выдачи рекомендации (<?).
6.4. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ
ДЕЗАКТИВАЦИОННЫХ РАБОТ
Объем мероприятий по технике без-
опасности при проведении дезактиваци-
онных работ определяется характером
работ, размером дезактивируемых поверх-
ностей, уровнями и характером их за-
грязнения и общим назначением поме-
щения, где проводятся работы по дез-
активации. Но во всех случаях дезакти-
вация должна проводиться с соблюдением
требований действующих норм радиаци-
онной безопасности и санитарных пра-
вил. Особое внимание следует обращать
на обеспечение техники безопасности
при проведении аварийных дезактивацион-
ных работ.
К проведению работ по дезактивации
допускаются лица не моложе 18 лет, про-
шедшие обучение и проверку знаний,
инструктаж по технике безопасности,
пожарной безопасности, радиационной
безопасности.
К работе с агрегатами высокого дав-
ления допускается персонал, прошедший
специальное обучение, проверку знаний
и имеющий удостоверения на право вы-
полнения спецработ с применением аг-
регатов высокого давления.
К работе с нестационарным электро-
оборудованием, используемым при про-
изводстве работ по дезактивации и пыле-
подавлению, допускается персонал, име-
ющий допуск к работе с группой по
электробезопасности не ниже II.
Для правильного выбора методов
и средств дезактивации необходима их
всесторонняя оценка с точки зрения
радиационной безопасности, радиацион-
ной и химической гигиены. Высокая
эффективность дезактивации обеспечи-
вает быстрое улучшение радиационной
обстановки и снижает дозовые нагрузки
персонала. Дезактивация проводится на
основе составленной картограммы радио-
активных загрязнений.
Предупреждение распространения ра-
диоактивного загрязнения с похмощью
применения конструктивных, технологи-
ческих мер и средств, направленных на
уменьшение или исключение возможно-
сти распространения радиоактивного за-
грязнения в виде дисперсионных аэро-
золей с твердой дисперсной фазой, также
обеспечивает быстрое улучшение радиа-
ционной обстановки и снижает дозовые
нагрузки персонала.
Технические мероприятия, обеспечива-
ющие радиационную безопасность работ
по дезактивации, должны предусматривать:
использование специальных защит-
ных средств;
ограждение рабочих мест и вывеши-
вание необходимых плакатов;
принятие мер по предупреждению раз-
носа радиоактивности за пределы мест
работы;’’
принятие мер по обеспечению конт-
роля радиационной обстановки на рабо-
чих местах.
В процессе выполнения работ по
дезактивации в радиационно-опасных
условиях необходимо соблюдать следу-
ющие требования:
должны быть выполнены мероприя-
тия по организации и ограждению зоны
работы с установкой временных санба-
рьеров;
должен быть определен маршрут сле-
дования персонала до места проведения
работ;
должна быть определена необходи-
мость использования дополнительных
защитных экранов;
должен быть максимально использо-
ван принцип «защиты расстоянием», для
чего рационально выбирается рабочее
место в помещении.
Контроль подготовки и проведения
работ по дезактивации на всех этапах
в части, касающейся радиационной без-
опасности и охраны окружающей среды,
включает:
определение радиационной обстанов-
ки в местах проведения работ и состав-
ление картограмм рабочей зоны;
контроль подготовки рабочих мест
и проведения работ на всех этапах в части,
касающейся радиационной безопасности
и охраны окружающей среды;
определение результатов дезактива-
ции.
Средства индивидуальной защиты, как
правило, применяют в тех случаях, ког-
да безопасность работ не может быть обес-
печена конструкцией оборудования, орга-
низацией производственных процессов,
архитектурно-планировочными решени-
ями и средствами коллективной зашиты.
По характеру применения СИЗ под-
разделяются на основные и дополнитель-
ные (при проведении дезактивационных
работ и пылеподавления, т. е. в условиях
повышенной радиационной опасности,
необходимо использовать дополнитель-
ные СИЗ, так как основных СИЗ не-
достаточно и требуется защита самих
основных СИЗ).
К основным СИЗ относятся костюм
из х/б или лавсановой ткани; нательное
белье; шапочка; носки; основная спец-
обувь; каски. К дополнительным — пле-
ночная, пластиковая или резиновая одеж-
да (нарукавники, фартуки, полухалаты,
полукомбинезоны, перчатки); специаль-
ная обувь (чулки, следы, бахилы, гало-
ши, сапоги); средства для защиты орга-
новдыхания (пневмокостюмы типа «ЛГ»,
пневмомаски, респираторы, изолирующие
СИЗ типа АСВ-2); средства для защиты
глаз (очки, защитные щитки).
Выбор необходимого набора дополни-
тельных СИЗ при производстве радиа-
ционно-опасных работ производится с
учетом радиационной обстановки, тем-
пературы и атажности на рабочем месте,
а также других факторов; в частности,
применение дополнительных СИЗ может
быть предписано основным технологи-
ческим процессом (обращение с хими-
ческими веществами при приготовлении
дезактивационных растворов, проведение
электрохимической дезактивации и т. д.).
Так, при проведении работ по дезак-
тивации должны применяться резиновые
или хлорвиниловые перчатки. Для про-
филактики профессиональных дермати-
тов под резиновые (хлорвиниловые) пер-
чатки нужно надевать хлопчатобумажные
перчатки-вкладыши.
Пленочная (пластиковая) одежда при-
меняется при работах по пылеподавлению
и дезактивации в зависимости от вы-
бранного метода, когда есть вероятность
образования большого количества меха-
нической пыли, разбрызгивания большо-
го количества радиоактивных жидкостей,
при угрозе облива работающих водой,
содержащей радиоактивные вещества,
и в других случаях возможного загрязне-
ния основных СИЗ.
Если по условиям труда применение
пленочных (пластиковых) дополнитель-
ных СИЗ противоречит другим требова-
ниям безопасности (элекгрогазосварочные
работы, работы на скользких поверхнос-
тях, с замасленным оборудованием и т. п.),
предпочтение должно отдаваться средствам
защиты, обеспечивающим выполнение,
в первую очередь, требований общепро-
мышленной безопасности — с ужесто-
чением контроля за уровнями загрязне-
ния основных СИЗ.
При работе с вредными химическими
веществами необходимо знать их влия-
ние на организм и меры безопасности.
По степени воздействия на организм
человека ВХВ подразделяются на 4 клас-
са опасности (табл. 6.1): I— вещества
чрезвычайно опасные; II — высокоопас-
ные; III — умеренно опасные; IV— ве-
щества малоопасные.
Перечень основных пожароопасных
химических веществ, применяемых при
проведении работ по дезактивации и пы-
леподавлению, а также выделяющихся
в воздушную среду, приведен в табл. 6.2.
Химические вещества и материалы,
являющиеся пожаро- и взрывоопасны-
ми, подразделяют на 9 классов: к клас-
су II относят газы; к классу III — легко-
воспламеняющиеся жидкости; к клас-
су IV — легковоспламеняющиеся твердые
вещества; к классу V — окисляющие ве-
щества и органические пироксиды;
Таблица 6.1. Нормы для классов опасности ВХВ
Показатель Класс опасности
I II III IV
Предельно допустимая концентрация (ПДК) ВХВ в воздухе рабочей зоны, мг/м3 <0,1 0.1-1,0 1,1-10,0 >10,0
Средняя смертельная доза при введении в желудок, мг/кг <15 15-150 151-5000 >500
Средняя смертельная доза при нанесении на кожу, мг/кг <100 100-500 501-2500 >2500
Средняя смертельная концентрация в воздухе, мг/м3 <500 500-5000 5001-50000 >50000
к классу VI — ядовитые вещества; к клас-
су VIII — едкие и (или) коррозионные
вещества; к классу IX относят все дру-
гие опасные вещества.
При производстве работ по дезакти-
вации и пылеподавлению используют
водные растворы, поэтому с точки зре-
ния пожарной безопасности эти раство-
ры не представляют опасности. Но пер-
сонал должен знать пожарную опасность,
правила безопасного хранения и особен-
ности тушения, обезвреживания хими-
ческих веществ согласно Правилам по-
жарной безопасности в Украине.
Вредные вещества в производствен-
ных помещениях должны храниться
в специальных местах, оборудованных
вентиляцией; кислоты и щелочи — в хра-
нилищах, предназначенных только для
этих веществ. Хранилища кислот и ще-
лочей должны иметь антикоррозионное
покрытие, а также указатели уровней,
воздушники и запорную арматуру. Для
перекачки кислот и щелочей необходимо
применять стационарные схемы, работа-
ющие по принципу сифона или с исполь-
зованием сжатого воздуха и эжекторных
устройств. При применении резиновых
шлангов для слива кислот и щелочей
в расходные емкости необходимо исполь-
зовать воздухоотводящую трубку и пре-
дохранительный щиток. Трубопроводы
для транспортировки кислот и щелочей
следует располагать в доступных и без-
опасных для работающих местах. Все кра-
ны и вентили во избежание разбрызги-
вания кислот и щелочей при появлении
течи или прорыве прокладок должны
иметь защитные кожухи. Сыпучие мате-
риалы должны храниться в отдельных
отсеках закрытого типа в специальных
помещениях, оборудованных вентиляцией.
Химические вещества хранят в за-
крытых сухих помещениях или под на-
весами в таре в зависимости от физико-
химических и пожароопасных свойств
продукции и климатических условий. Под
навесом разрешается хранение только тех
химических веществ, которые от влаж-
ного воздуха или воды не разлагаются,
не разогреваются и не воспламеняются.
По степени воздействия на организм
человека ВХВ подразделяются на 4 класса
опасности (см. табл. 6.1 и 6.2).
Перед началом работы с ВХВ необходи-
мо соблюдать требования безопасности:
надеть спецодежду, пристегнуть ин-
дивидуальный дозиметр и пройти на ра-
бочее место по установленному маршруту;
проверить исправность приборов, зазем-
ления приборов, работу вентиляции, целост-
ность инструментов и другого инвентаря;
иметь полную информацию о состоя-
нии оборудования, приборов;
надеть резиновые перчатки; если ВХВ
могут разбрызгиваться, надеть защитные
очки;
перед началом работы с концентриро-
ванными кислотами и щелочами (слив
кислот и щелочей из цистерн, уборка ава-
рийного разлива, прием кислот и щело-
чей в мерники и т. д.) надеть СИЗ из
кислотнозащитной ткани (со щелочами —
из хлопчатобумажной), фартук из плас-
тика или прорезиненной ткани, резино-
вые сапоги (брюки — поверх голениш
сапог), резиновые кислого- и шелоче-
стойкие перчатки или рукавицы, защит-
ные очки или щитки из оргстекла; убе-
диться в наличии на рабочем месте ней-
трализующих растворов и готового к при-
менению фильтрующего противогаза или
аппарата сжатого воздуха АСВ-2;
перед началом работы с едкими веще-
ствами надеть резиновые перчатки, фар-
тук и защитные очки, убедиться в нали-
чии достаточного количества (не менее
Таблица 6.2. Перечень вредных
и пожароопасных химических веществ
Наименование К.з асе опас- ности Класс пожаро- опасности по ГОСТ 19433-88
Этиленгликоль III 6
Тосол А40М III 9
ПАВ (ОП-7 или ОП-Ю) IV 9
Родам ин-бЖ или Арсеназо III JV 9
Поливиниловый спирт ш 9
Омыленный таловый пек III 9
Полиакриламид IV 9
Глицерин IV 9
Сульфонол IV 8
Лимонная кислота 8
Серная кислота II 8
Спирт этиловый IV 3
чем по 1 л) нейтрализующих растворов
(5 % растворов борной кислоты и пище-
вой соды) и укомплектованной аптечки
для оказания первой помощи;
перед началом работы с огнеопасны-
ми веществами убедиться в наличии на
месте проведения работы средств пожа-
ротушения и в отсутствии открытого огня
в помещении;
перед включением электроприборов
(электрооборудования) в сеть убедиться
в их исправности и исправности их за-
земления.
Требования техники безопасности во
время работы с ВХВ:
содержать в чистоте и порядке рабо-
чее место, не загромождать его лишними
приборами, посудой и т. п.;
посуда, где готовится дезактивирую-
щий или пылеподавляющий раствор, дол-
жна иметь четкие надписи или этикетки
(с указанием наименования и даты при-
готовления соответствующего раствора);
работы проводить только в спецодеж-
де, спецобуви; при необходимости исполь-
зовать дополнительные средства индиви-
дуальной защиты (перчатки х/б, перчат-
ки резиновые, очки, респиратор, фартук
или полухалат пластикатовый, резиновые
сапоги, нарукавники пластикатовые);
набирать раствор только с использо-
ванием устройств, работающих по прин-
ципу сифона, или с использованием сжа-
того воздуха и эжекторных устройств.
Все работы по дезактивации и обра-
щению с РАО проводят в спецодежде,
резиновых перчатках, пластиковых (про-
резиненных) бахилах и переднике, защит-
ных очках, респираторе и при надетом
головном уборе из комплекта спецодеж-
ды. При выполнении дезактивационных
работ необходимо обеспечить постоянный
радиометрический контроль эффективно-
сти дезактивации, а также контроль за-
грязнения СИЗ, спецодежды и поверх-
ности участка дезактивации.
При необходимости покинуть участок
дезактивации работники проходят дози-
метрический контроль уровней загрязне-
ния спецодежды и СИЗ; в случае обна-
ружения загрязнений выше установлен-
ных уровней указанные средства подле-
жат замене. По окончании дезактиваци-
онных работ проводят дозиметрические
обследования участка дезактивации, а все
участники проходят обязательную сани-
тарную обработку и радиометрическое об-
следование.
В спецпрачечной должен осуществлять-
ся радиационный контроль, являющийся
неотъемлемой частью системы радиаци-
онной безопасности. Радиационный кон-
троль должен осуществляться штатной
службой радиационной безопасности (или
специально выделенными лицами) по спе-
циально разработанному и утвержденно-
му регламенту. Радиационный контроль
в спецпрачечной должен включать:
контроль за мощностью дозы внеш-
него излучения на рабочих местах, в
смежных помещениях и на территории
спецпрачечной, в санитарно-защитной
зоне и зоне наблюдения;
контроль за содержанием радиоактив-
ных аэрозолей в воздухе рабочих и дру-
гих помещений спецпрачечной;
контроль за уровнем загрязнения радио-
активными веществами, поступающими
в спецпрачечную СИЗ, рабочих поверхно-
стей и оборудования, кожных покровов
и одежды персонала спецпрачечной;
контроль за выбросом радиоактивных
веществ в атмосферу;
контроль за содержанием радиоактив-
ных веществ в жидких стоках, сбрасыва-
емых непосредственно в водоем или ка-
нализацию;
контроль за сбором, удалением, обез-
вреживанием радиоактивных твердых
и жидких отходов;
контроль за уровнем загрязнения
объектов внешней среды за пределами
спецпрачечной;
контроль за уровнем загрязнения ра-
диоактивными веществами транспортных
средств;
индивидуальный контроль за дозой
внешнего облучения персонала с исполь-
зованием индивидуальных дозиметров.
Превышение установленных допусти-
мых уровней по любому из параметров
должно устраняться в результате проведе-
ния комплекса технических и организаци-
онных мероприятий и обучения персонала
методам безопасного проведения работ.
Весь персонал, работающий в спец-
прачечной, полностью переодевается
в санпропускнике. Основной комплект
спецодежды персонала должен включать
костюм из хлопчатобумажных или сме-
шанных тканей, берет или косынку,
нательное белье (для женщин дополни-
тельно бюстгальтеры), носки хлопчато-
бумажные, тапочки.
Все работы по приемке и сортировке
загрязненных СИЗ и их обработке в сти-
ральных залах выполняются персоналом
с использованием дополнительных СИЗ
(респираторов, фартуков с нарукавника-
ми или полухалатов пластикатовых, са-
пог резиновых или бахил пластикатовых
и защитных перчаток). При этом особое
внимание следует обращать на защиту
органов дыхания персонала от поступле-
ния радиоактивных аэрозолей.
После окончания работы персонал дол-
жен пройти в санпропускник, снять спе-
цобувь, спецодежду, нательное белье,
пройти обязательный радиометрический
контроль загрязненности кожных покро-
вов. При отсутствии превышения уста-
новленных допустимых уровней радио-
активного загрязнения кожных покровов
персонал должен вымыть руки над рако-
виной под струей теплой воды с туалет-
ным мылом, после чего вымыть тело под
душем теплой водой с применением бан-
ного или туалетного мыла и нежесткой
мочалки. **
Работник, у которого обнаружено пре-
вышение допустимого уровня загрязне-
ния кожных покровов, должен вымыть
руки над раковиной под струей теплой
воды с применением туалетного мыла
и щетки, тщательно вымыть теплой во-
дой с туалетным мылом загрязненный
участок кожи. Если после двух-трехкрат-
ной обработки загрязнение превышает
допустимые уровни, следует применять
препараты, специально предназначенные
для санитарной обработки кожных по-
кровов, например препараты «Защита» или
«Радез-Д». Использовать в качестве мо-
ющих средств органические растворители
запрещается, так как они увеличивают
проницаемость радиоактивных веществ
через кожные покровы. В заключение ра-
ботник должен вымыть тело под душем
теплой водой с применением банного или
туалетного мыла и нежесткой мочалки.
Если после всех указанных мероприятий
на отдельных участках кожи сохраняется
превышение допустимого уровня загряз-
нения, работник направляется в медицин-
ское учреждение для обследования.
В помещениях спецпрачечной, где
ведутся работы с СИЗ, загрязненными
радиоактивными веществами, запрещаются:
пребывание персонала без дополни-
тельных СИЗ;
хранение пищевых продуктов, табач-
ных изделий, косметики, домашней одеж-
ды и других предметов, не имеющих
отношения к работе;
прием пищи, курение.
Администрацией спецпрачечных раз-
рабатываются специальные инструкции,
регламентирующие порядок сбора, хра-
нения и направления на переработку или
захоронение РАО в соответствии с дей-
ствующими нормативными документами.
Во всех помещениях спецпрачечной про-
водится ежедневная влажная уборка с ис-
пользованием дезактивирующих раство-
ров и не реже одного раза в месяц —
генеральная уборка с дезактивацией всех
поверхностей, в том числе стен, потолка
и трубопроводов.
Необходимый уровень радиационной
защиты персонала на предприятиях, где
ведутся работы с источниками ионизи-
рующих излучений, обеспечивается:
радиационно-гигиеническими и орга-
низационно-техническими мероприяти-
ями по обеспечению условий труда, ко-
торые отвечают требованиям норм радиа-
ционной безопасности и санитарных
правил;
ограничением в установленном порядке
допуска к работе с ИИИ лиц в зависи-
мости от их возраста, пола и состояния
здоровья;
достаточностью защитных барьеров,
включая факторы, лимитирующие
расстояние до источника и время рабо-
ты с ним;
достаточной надежностью и безотказ-
ностью конструкций, механизмов, дру-
гих средств и систем, обеспечивающих
низкие проектные уровни вероятности
критических событий в отношении по-
тенциально облучающих источников;
системой подготовки и поддержания
высокой квалификации персонала
и соблюдением правил работы с источ-
ником;
обеспечением персонала лечебно-про-
филактическими средствами защиты от
облучения;
организацией системы информирова-
ния о радиационном состоянии;
установлением контрольных уровней;
организацией и осуществлением ра-
диационного контроля, отвечающего тре-
бованиям санитарных правил;
планированием и проведением эффек-
тивных мер по защите персонала в слу-
чае угрозы и во время возникновения
радиационной аварии.
Радиационная защита обеспечивается
целым комплексом технических и орга-
низационных мероприятий:
созданием надежных барьеров на пути
распространения радиоактивных веществ,
экранов биологической защиты, проме-
жуточных контуров охлаждающей воды;
организованным сбором и очисткой
радиоактивных протечек;
организованным сбором и хранением
твердых и жидких РАО;
поддержанием нормальных радиаци-
онно-климатических условий в производ-
ственных помещениях системами спец-
вентиляции;
разделением производственных поме-
щений на зоны строгого и свободного
режимов и созданием санпропускников;
организацией РК и т. д.
Руководители предприятия и струк-
турных подразделений несут персональ-
ную ответственность за выполнение
подчиненным персоналом правил и ин-
струкций по радиационной безопаснос-
ти, программы радиационной защиты
и обязаны:
обеспечивать инструктаж и обучение
персонала безопасным методам работы,
контроль соблюдения технологических
инструкций и инструкций по радиацион-
ной безопасности подчиненным персона-
лом, включая прикомандированных лиц;
создать условия дтя выполнения пер-
соналом требований правил и инструк-
ций по вопросам радиационной без-
опасности;
принимать меры к систематическому
снижению уровней радиоактивных за-
грязнений в закрепленных помещениях;
обеспечивать правильную эксплуата-
цию и эффективную работу вентиляци-
онных систем и принимать своевремен-
ные меры по предотвращению загрязне-
ния радиоактивными веществами возду-
ха производственных помещений;
знать обо всех выполняемых и пла-
нируемых на своем участке работах и ока-
зывать помощь руководителям работ по
совершенствованию защиты и техноло-
гии с целью снижения уровней радиа-
ции на рабочих местах;
разрабатывать и реализовывать под
методическим руководством службы ра-
диационной безопасности организацион-
ные и технические мероприятия по со-
зданию радиационно-безопасных условий
труда, снижению доз внешнего и внут-
реннего облучения подчиненного персо-
нала и прикомандированных лиц;
осуществлять контроль соответствия
радиационной обстановки в закреплен-
ных за цехом помещениях допустимым
и контрольным уровням и уменьшения
загрязнения в них до возможно низкого
разумно достижимого уровня;
обеспечивать персонал спецодеждой,
спецобувью и СИЗ в соответствии с су-
ществующими нормами, защитной тех-
никой и приспособлениями;
обеспечивать своевременное прохож-
дение персоналом периодических меди-
цинских осмотров.
Персонал допускается к работам
с ИИИ после обучения и проверкЙ зна-
ний по радиационной безопасности,
освоения приемов пользования инди-
видуальными защитными средствами
и дозиметрическими приборами, а так-
же после проведения инструктажа на ра-
бочем месте.
Выполнение правил радиационной
безопасности обязательно для всех работ-
ников. За их нарушение виновные могут
подвергаться дисциплинарным взыскани-
ям, а в особых случаях — привлекаться
к уголовной ответственности.
Все лица, работающие в зоне строго-
го режима, должны хорошо знать распо-
ложение помещений станции, иметь чет-
кое представление о характере ионизи-
рующего излучения от различного обо-
рудования и технологических установок,
а также о возможных аварийных ситуа-
циях и их последствиях.
Каждый работник должен твердо
знать, что от его поведения, грамотного
выполнения порученной ему работы
зависит как личная радиационная без-
опасность, так и безопасность другого
персонала.
Радиационная безопасность во всех
режимах эксплуатации оборудования при
проведении дезактивационных работ
обеспечивается:
организационно-управленческими
методами, включающими в себя методы
организации труда, подготовки персона-
ла, проверки состояния радиационной
безопасности, а также весь процесс при-
нятия решений по обеспечению радиа-
ционной безопасности, начиная от
исполнителя работ и заканчивая руковод-
ством эксплуатирующей организации;
техническими средствами, включаю-
щими в себя оборудование, сооружения,
конструкции, предназначенные для удер-
жания радиоактивных веществ и иони-
зирующих излучений в заданных гра-
ницах;
радиационно-гигиеническими сред-
ствами, включающими в себя оборудо-
вание, сооружения, СИЗ, предназначен-
ные для снижения радиационного воз-
действия на человека;
информационно-обеспечивающими
средствами, включающими в себя все при-
боры, датчики, системы баз данных, пред-
назначенные для получения, обработки,
использования и хранения информации,
необходимой для качественного обеспе-
чения радиационной безопасности.
Администрация предприятия обяза-
на разработать, согласовать с органами
санитарного надзора и утвердить инст-
рукции по РБ. В этих инструкциях
излагаются порядок проведения работ,
учета, хранения и выдачи источников
излучения, сбора и удаления РАО,
содержания помещений, меры индиви-
дуальной защиты, организация прове-
дения РК, меры радиационной безопас-
ности, мероприятия по предупреждению,
выявлению и ликвидации радиационной
аварии.
Для обеспечения радиационной без-
опасности и выполнения задач РК на пред-
приятиях создаются службы РБ. В их
обязанности входят осуществление РК,
методическое руководство и оказание
практической помоши подразделениям
в организации работы по обеспечению
РБ. Перед службами РБ ставятся следу-
ющие основные задачи:
организация и осуществление всех
видов РК;
установление контрольных уровней
внешнего и внутреннего облучения пер-
сонала, параметров радиационной обста-
новки;
участие в планировании любой дея-
тельности, которая может привести к об-
лучению персонала, превышающему кон-
трольные уровни;
разработка и принятие необходимых
мер для предотвращения возникновения
возможных аварийных ситуаций;
организация обеспечения РБ и охра-
ны окружающей среды при эксплуата-
ции применяемого оборудования;
контроль соблюдения всеми подразде-
лениями, включая подрядчиков, действу-
ющих правил и норм по безопасности;
разработка организационных и техни-
ческих мероприятий по радиационной
защите персонала и населения на случай
аварии;
разработка программы радиационной
защиты и инструкций по РБ;
участие в экспертизе проектных ре-
шений по вопросам РБ;
организация поверки, калибровка и ре-
монт технических средств РК;
проведение анализа причин измене-
ния радиационной обстановки в поме-
щениях предприятия и на окружающей
его территории; причин облучения пер-
сонала, а также эффективности внедре-
ния мероприятий по нормализации
радиационной обстановки в помещени-
ях, снижению доз облучения персонала,
улучшению санитарно-бытовых условий
и охраны окружающей среды;
участие совместно с руководителями
подразделений в расследовании случаев
облучения персонала дозами, превыша-
ющими контрольные уровни;
участие в подготовке и разработке
программ обучения по вопросам без-
опасности;
выдача заключения на техническую
документацию о соответствии ее требо-
ваниям правил безопасности и охраны
окружающей среды;
рассмотрение технологии выполнения
радиационно-опасных работ, разработка
и выдача рекомендаций по улучшению
условий труда и повышению безопасно-
сти выполнения работ, по снижению
индивидуальных и коллективных доз
облучения персонала;
контроль за проведением и результа-
тами медицинского обследования пер-
сонала;
организация информационного обес-
печения по вопросам, связанным с РБ.
Работа с открытыми радиоактивными
источниками может приводить к загряз-
нению воздуха и поверхностей, а это,
в свою очередь, может вести к попада-
нию радиоактивных веществ в организм
работников. Такое загрязнение обычно
будет носить эпизодический характер и,
как правило, контролировать поступле-
ние радионуклидов, полагаясь исключи-
тельно на предусмотренные в конструк-
ции меры защиты, особенно в случае ава-
рии или аварийной ситуации, невозмож-
но. Поэтому, чтобы предотвратить или
снизить вероятность поступления радио-
нуклидов, необходимо предусмотреть опе-
ративные процедуры и установить конт-
ролируемые зоны. Администрация пред-
приятия обязана:
установить и обозначить границы кон-
тролируемых зон;
обозначить границы соответствующей
контролируемой зоны и указать перио-
ды облучения в случае, если эксплуата-
ция источника осуществляется лишь эпи-
зодически или источник перемещается
с одного места на другое;
выставить предупредительный знак
опасности, а также вывесить соответству-
ющие инструкции в местах входа в кон-
тролируемые зоны;
установить меры профессиональной
защиты и безопасности, в том числе пра-
вила и процедуры, которые применимы
к контролируемым зонам;
ограничить доступ в контролируемые
зоны с помощью применения админист-
ративных процедур (например, исполь-
зования допусков к работе) и с помощью
физических барьеров, которые могут
включать замки или блокировки, причем
масштабы ограничений должны соответ-
ствовать величине и вероятности ожида-
емого облучения;
обеспечить на входах и выходах в кон-
тролируемые зоны наличие защитной
одежды и оборудования, средств РК, над-
лежащее хранение личной одежды, на-
личие умывальников или душевых;
периодически проводить анализ суще-
ствующих условий с тем, чтобы опреде-
лить возможную потребность в пересмот-
ре мер защиты и безопасности или гра-
ниц контролируемых зон.
У входов в контролируемые зоны сле-
дует использовать специальные знаки,
чтобы указать сотрудникам, особенно
персоналу, проводящему обслуживание
и ремонт, что в зоне применяются осо-
бые процедуры и возможно присутствие
источников излучения. При установлении
контролируемых зон полезно использо-
вать существующие физические границы,
такие как стены помещений или зданий.
Все здания и помещения на АЭС раз-
делены на зоны в зависимости от ха-
рактера технологических процессов, уста-
новленного оборудования, характера
и возможной степени загрязненности по-
мещений РАВ. При этом должен осу-
ществляться строгий контроль пересе-
чения установленных границ зон людь-
ми и радиоактивными материалами. При
необходимости должны быть организо-
ваны и оборудованы санпропускники
и саншлюзы с целью принудительного
дозиметрического контроля проходяще-
го через них персонала. Строгое соблю-
дение персоналом режима зон является
одним из принципов обеспечения РБ.
Планирование и организация радиа-
ционной защиты при проведении радиа-
ционно-опасных работ осуществляются
с целью принятия адекватных мер и вы-
бора средств защиты персонала при про-
ведении наиболее радиационно-опасных
работ и тем самым снижения доз облу-
чения персонала.
Подготовка персонала по вопросам
радиационной защиты проводится с це-
лью ознакомления персонала с вредны-
ми факторами радиационной опасности,
обучения методам защиты, обучения пра-
вильному обращению со средствами за-
щиты, получения практических навыков
выполнения радиационно-опасных работ.
Подготовка персонала по вопросам ра-
диационной защиты ведется по отдель-
ным программам.
Администрация предприятия, в соот-
ветствии с рекомендациями МАГАТЭ,
должна разработать правила и инструк-
ции, определяющие организационные
структуры и процедуры, которым надо
следовать в контролируемых зонах и ко-
торые необходимы для обеспечения над-
лежащих уровней защиты и безопаснос-
ти для работников АЭС и других лиц.
Правила следует вывешивать на видном
месте или сделать легкодоступными для
работников.
При проведении работ, во время ко-
торых можно столкнуться со значитель-
ным уровнем облучения или радиоактив-
ного загрязнения либо выполнение ко-
торых может включать несколько опера-
ций, одним из важнейших способов
достижения оптимизации защиты явля-
ется предварительное планирование.
Лицу, ответственному за радиационную
защиту, следует принимать участие в пла-
нировании деятельности, связанной со
значительным облучением, и информи-
ровать персонал об условиях, при кото-
рых может проводиться работа в контро-
лируемых зонах. В рамках процесса пла-
нирования работы разрабатываются про-
граммы и процедуры выполнения работ
с учетом следующих элементов:
информации о ранее выполняемых
аналогичных работах;
времени начала работы, ее предпола-
гаемой продолжительности и участвую-
щих в работе людских ресурсах;
картограмм мощностей доз в местах
проведения работ;
эксплуатационного состояния техно-
логического оборудования;
других операций, проводимых в той
же зоне, которые могут мешать работе;
подготовки рабочего места;
используемых СИЗ и инструментов;
средств связи, необходимых для обес-
печения надзорного контроля и коорди-
нации действий;
удаления образующихся отходов;
правил техники безопасности.
Основным организационным принци-
пом обеспечения РБ является строгое
соблюдение режима установленных зон,
а также контроль за пересечением уста-
новленных границ зон людьми и радио-
активными материалами. При разделении
на зоны учитываются не только грузо-
вые и людские потоки, но и технологи-
ческий процесс, характер и возможная
степень загрязнения помещений радио-
активными веществами.
Санпропускник является разделитель-
ным санитарно-гигиеническим устрой-
ством между зонами свободного и стро-
гого режимов и предназначается для пере-
одевания, санитарной обработки персо-
нала и радиационного контроля уровней
загрязнения. В состав помещений сан-
пропускника входят: гардеробная для хра-
нения верхней одежды (при отсутствии
общего гардероба), отдельные помещения
для хранения личной одежды, спецодеж-
ды и одежды для переодевания, пункты
контроля уровней загрязнения, душевые,
умывальные и др. Планировка санпро-
пускников производится с учетом обес-
печения полной поточности персонала как
при проходе в зону строгого режима, так
и при выходе из нее с пропуском чистых
и грязных потоков по разным участкам.
Возможность пересечения потоков, как
правило, исключается техническими сред-
ствами. Кроме того, на входах со сторо-
ны зон свободного и строгого режимов
вывешиваются планы-схемы прохода че-
рез санпропускник. Проход через сан-
пропускник разрешается только в специ-
альных переходных тапочках.
Стационарные или переносные сан-
шлюзы являются санитарно-гигиенически-
ми устройствами, разделяющими ^зоне
строгого режима помещения разной
категории обслуживания или участки
одного помещения с разной степенью
радиоактивного загрязнения. Так, пере-
носные саншлюзы применяют для входа
в выгороженные в центральном зале АЭС
ремонтные зоны в период проведения
ремонта основного оборудования и пере-
грузки ядерного топлива. В составе ста-
ционарного саншлюза, как правило, преду-
сматриваются:
места для переодевания и хранения
дополнительных СИЗ (пневмокостюмов,
перчаток, сапог, бахил, халатов, респи-
раторов, нарукавников и т. п.);
устройство для дезактивации и хране-
ния дополнительной спецобуви;
дисциплинирующий барьер для смены
дополнительной спецобуви;
душевая для обмыва человека в пневмо-
костюме;
контейнеры для грязной спецодежды;
приборы РК.
Одной из важных организационных
мер радиационной защиты является вы-
дача разрешений на производство работ
в зоне строгого режима. При проведе-
нии работ, требующих предварительной
подготовки рабочего места, а также ра-
диационно-опасных работ, как правило,
оформляется письменное распоряжение
на производство работ — наряд. Наря-
дом называется письменное задание на
безопасное производство работы, опре-
деляющее содержание работы, место, вре-
мя ее начала и окончания, необходимые
меры безопасности, состав бригады и ли-
цо, ответственное за безопасность выпол-
нения работ. Перечни работ, выполняе-
мых по нарядам, определяются распоря-
жением главного инженера АЭС. При
выполнении радиационно-опасных работ
по нарядам ответственными за радиаци-
онную безопасность являются:
лицо, выдающее наряд, которое отве-
чает за возможность безопасного проведе-
ния работ с точки зрения радиационной
безопасности, полноту указанных в наряде
мер радиационной безопасности;
ответственный руководитель, отвеча-
ющий, наравне с допускающим, за пра-
вильную подготовку рабочего места, за
полное выполнение мер радиационной
безопасности и применение указанных
в наряде СИЗ;
производитель работ, отвечающий,
наравне с допускающим, за правильность
подготовки рабочего места в соответствии
с требованиями наряда с точки зрения
радиационной безопасности; за выпол-
нение и соблюдение мер радиационной
безопасности им самим и членами бри-
гады; за соблюдение чистоты и порядка
на рабочем месте, а также за сдачу рабоче-
го места по радиационным показаниям; за
достаточность инструктажа по радиаци-
онной безопасности членов бригады при
работах по распоряжению;
допускающий, который отвечает за
правильность выполнения мер радиаци-
онной безопасности в соответствии с на-
рядом, за правильность допуска к работе
и приемку рабочего места по окончании
работы;
ответственный специалист службы РБ,
который несет ответственность за опера-
тивный допуск с учетом требований РБ
и за периодическую проверку правиль-
ности подготовки рабочего места, выпол-
нения работы в соответствии с требова-
ниями наряда;
члены бригады, которые несут ответ-
ственность за соблюдение мер РБ и при-
менение СИЗ, предусмотренных нарядом.
На дверях помещений с высокими
уровнями внешнего у -, р - и нейтрон-
ного излучения и концентрациями
радиоактивных газов и аэрозолей в воз-
духе наносится предупреждающий знак
радиационной опасности.
Установление контрольных уровней
как на показатели радиационной обста-
новки, так и на дозы персонала (инди-
видуальные и коллективные) также можно
отнести к организационным мероприя-
тиям по обеспечению радиационной за-
щиты. Контрольные уровни назначают-
ся с целью фиксации достигнутого уровня
радиационной безопасности на данном
радиационно-ядерном объекте, в населен-
ном пункте и окружающей среде.
Контрольные уровни устанавливают-
ся на основании информации о радиа-
ционной обстановке на конкретном ра-
диационно-ядерном объекте для отдель-
ных его помещений, СЗЗ, ЗН и иных
объектов дтя планирования мероприятий
защиты и оперативного контроля за ра-
диационным состоянием. Контрольные
уровни вводит администрация радиаци-
онно-ядерного объекта при обязательном
согласовании с государственными регу-
лирующими органами.
Другими инструментами обеспечения
радиационной защиты и реализации
принципа оптимизации являются орга-
низация системы информирования
о радиационном состоянии радиационно-
ядерного объекта и организация систе-
мы подготовки персонала. Информиро-
вание персонала о радиационной обста-
новке на радиационно-ядерном объекте
в целом и на местах проведения работ в
частности позволяет снизить дозы об-
лучения. Работники, выполняющие за-
дания в зонах облучения, могут сами
в значительной степени влиять на по-
лучаемое ими облучение. Информиро-
ванность работников обеспечивается раз-
личными способами. В рабочих зонах
вокруг установок можно расставить легко
читаемые знаки, постоянно напомина-
ющие работникам о потенциальной
опасности и необходимости сводить
к минимуму облучение, например знаки
радиационной опасности или знаки,
имеющие надписи «Зона ожидания, низ-
кие дозы», «В этой зоне не задержи-
ваться» и другие предупредительные
надписи, связанные с потенциальной
опасностью при обращении с радиоак-
тивным материалом.
Список использованной литературы
1. Bach Fr.-W., Pfeifer W., Versemann R, etal.
Decommissioning technologies, including
recent developments and special features of the
dismantling of nuclear research and prototype
facilities // Kerntechnik. — 2005. — Vol. 70,
№ 1-2. - P. 31-46.
2. Barinov A. S, Karlina О. K, Ojovan M.
et al. Removal of contaminated asphalt layers
by using heat generating powder metallic
systems // Proc. Nuclear and Hazardous Waste
Management Conf. Spectrum’96. — Seattle,
Washington (USA), August 18-23, 1996. -
Vol. 1. - P. 104-106.
3. BlesaM. A., Maroto A. G. Mechanisms of
oxide dissolution by acid creating agents.
Decontamination of Nuclear Facilites // Proc.
ANS/CNA Coni'. - Niagara Falls (USA), 1982.
4. Bregani F, Colafato R, Borron R, Pinacci P.
Decontamination for decommissioning: Enhance-
ment of aggressive chemical decontamination
by using electro polishing or ultrasound // Proc.
International Conf, on Water Chern. Nucl.
React. Syst. 5. — Bournemouth (UK), 1989. —
P. 49-65.
5. Buckley M., Hillis Z.K Summary of the
Workshop on the Potential Application of Metal
Melting in the UK // Nuclear Sector held on the
6th October 2004, NNC Report 11426/TR/002,
November 2004.
6. Commission of the European Communi-
ties. Recommended radiological protection
criteria for the recycling of metals from the
dismantling of nuclear installations, Radiation
Protection No. 89, 1998.
7. Cunningham Scott D., Berti William R.
Remediation of contaminated soils with green
plants: an overview // In Vitro Cell. Dev. Biol.
1993. - Vol. 29. - P. 207-212.
8. Dushencov S., Mikheev A., Prohnevsky A.,
et al. Phitoremadiation of Radiocesium-
Contaminated Soil in the Vicinity of Chernobyl,
Ukraine // Environ. Sci. & Technol. — 1999. —
Vol. 33, № 3. - P. 469-475.
9. Ernst W.H.O. Bioavailability of heavy metals
and decontamination of soils by plants // Applied
Geochemistry. — 1966. — Vol. 11. — P. 163—167.
10. Factors Relevant to the Recycling or
Reuse of Components Arising from the
Decommissioning and Refurbishment of
Nuclear Facilities, Technical Reports Series
No 293. — International Atomic Energy Agency
(IAEA), Vienna, 1988.
11. Husain A. A. Process for decontaminating
stainless steels to release limits // Nuclear
technology. — 1989. — № 1. — P. 66—73.
12. Karlina О. К et al. Decontamination of
different materials by using exothermic metallic
compositions // Proc. 3rd Symp. “Conditioning
of Radioactive Operational & Decommissioning
Wastes”. — Hamburg (Germany), 19—21 March,
1997. - P. 522-526.
13. Lasat M. M., Ebbs S. D. Biodegradation
and Bioremediation // J. Environ. Qual. —
1998. - Vol. 27. - P. 165-169.
14. Murray A. P., Becker L. F. A dilute
chemical decontamination process for PWR
and BWR applications // Proc. 4th Int. Conf.
Water Chemistry of Nuclear Reactor Systems. —
Bournemounth, British Nuclear Energy
Society, London (UK), 1986. — Vol. 1. —
P. 275-283.
15. Murzin A., Shadrin A., Kamachev V.
Decontamination of Real Radioactively
Contaminated Samples in Supercritical and
Liquid Carbon Dioxide // Ann. Conf, of the
Nat. Advert. Production Club Network
Spectrum-2002. — Scottsdale, Arizona (USA),
2002. - Published in CDROM.
16. OrsulakRM., et.al. Millstone-2 decontami-
nation /1 Proc. 3rd Int. Cord'. Water Chemistry
of Nuclear Reactor Systems. — British Nuclear
Energy Society, London, 1983.
17. Pick M.E. Development of nitric acid
permanganate pre-oxidation and its application in
the POD process for PWR Decontamination //
Proc. ANS/CNA Cord'. Decontamination of
Nuclear Facility. — Niagara Falls (USA),
1992. - P. 5-19.
18. Proceedings of SPECTRUM '98, American
Nuclear Society, Denver, Colorado (USA),
September 13-18, 1998. - P. 94-98.
19. Recycling and Reuse of Radioactive
Material in the Controlled Nuclear Sector.
Nuclear safety and the Environment. —
European Commission, Report EUR 18041,
ISBN 92-828-3464-6, 1998.
20. Salt D. E, Blaylock M., Kumar N.P.B.A.,
et al. Phytoremediation: A Novel Strategy for
the Removal of Toxic Metals from the Environ-
ment Using Plants // Biotecnology. — 1995.
Vol. 13. - P. 468-475.
21. Sanders M., Bond R Decontamination on
techniques// Atom. — 1989. — № 389. — P. 9-12.
21. Shadrin A. Supercritical fluid extraction
in radiochemistry // 1st International Symp.
on Supercritical Fluid Techn. for Energy and
Environment Applications Super Green’2002.
Proceedings — Kyung Hee University (Korea),
2002. - P. 42-50.
‘23 . Shadrin A., Murzin A., Babain V., et al.
Recovery of uranium and transuranics from
stainless still surfaces by subcritical CO2 // 7th
Meeting on Supercritical Fluids. Proceedings —
Antibes / Juan-Les-Pins (France), December 6—8,
2000. -P. 847-851.
24. Shadrin A., Murzin A., Babain И, et al.
Solubility of uranium and transuranics comp-
lexes in SC-CO2 // 7th Meeting on Supercritical
Fluids. Proceedings — Antibes I Juan-Les-Pins
(France), December 6—8, 2000. — P. 971—976.
25. Shadrin A., Murzin A., Romanovsky V.,
et al. Supercritical fluid extraction for
decontamination of Solid Surfaces //
International Symposium «Extraction processes
in XXI century». Proceedings. — RAN,
Moscow (Russia), December 12—18, 1999. —
P. 246-255.
26. Shvets D., Strelko K, Mikhalovsky S, etal.
Carboncontaining sorbents for phytosorption
decontamination of soils polluted by radio-
nuclides and heavy metals // Conf. Carbon 2004,
Providence (USA). Extended Abstracts. —
2004.-CD - D6141.
27. Stiepani C. Stade’s CORD progression //
Nucl. Engng. Intern. — 2006. — Vol. 51,
№ 627. - P. 36-37.
28. Strelko V.f Shvets D., Glushachenko O., etal.
Possibilities of Carbon-Containing Materials
in the Processes of Refining of Liquid Media
and Soils from Radionuclides // Coni'. Carbon’96:
Extended Abstracts. — Newcastle (UK), 1996. —
Vol. 1 - P. 232-233.
29. Strelko V, Shvets D., Glushachenko O., etal.
The investigation of dynamic of sorption
processes in the system ‘‘composite adsorbent -
geterogenious medium” // 23 rd Bien. Conf,
on Carbon: Extended Abstracts. — Pennstate
(USA). - 1997. - P. 94-95.
30. The 2001 United Kingdom Radioactive
Waste Inventory. — Electrowatt-Ekono (UK) Ltd,
Main Report. DEFRA/RAS.02.004, NIREX
Report N/042, October 2002.
31. Ампелогова H. И. и др. Дезактивация
в ядерной энергетике. — М.: Энергоиздат,
1982.- 256 с.
32. Ампелогова Н. И. Развитие методов
электрохимической дезактивации в ядерной
энергетике. — М.: Энергоиздат, 1982. — 39 с.
33. Анализ расчета активности конструкций
реактора первого блока Чернобыльской
АЭС на этапе вывода его из эксплуатации /
Б. К. Былкин, Ю. А. Неретин, А. В. Носов-
ский и др. // Ядерная и радиационная без-
опасность. — 2000. — Т. 3, вып. 1. — С. 44—50.
34. Анодные оксидные покрытия на метал-
лах и анодная защита. / Под ред. И. Н. Фран-
цевича. — 2-е изд. — К.: Наукова думка,
1985.- 280 с.
35. Леонова Н. В., Газизов В. Ф. Автономная
дезактивация парогенераторов АЭС с ВВЭР //
В сб.: «Очистка технологических сред и дез-
активация АЭС». — М.: ВТИ, 1982. — 57 с.
36. Аширов А. Ионообменная очистка
сточных вод, растворов и газов. — Л.: Химия,
1983. - 295 с.
37. Балабан-Ир мен ин Ю. В. Опыт дезак-
тивации оборудования АЭС с реакторами
ВВЭР-440 // Атомные электрические стан-
ции. — 1981. — № 4.
38. Бартл Д., Мудрох О. Технология хи-
мической и электрохимической обработки
поверхности металлов. — М.: Машгиз,
1961.-712 с.
39. Берлин A. А., Басин В. Е. Основы адге-
зии полимеров. — М.: Химия, 1974. — 391 с.
40. Билык А А, Гавриш В. М., Рябушкин А Н,
Савин А. И., Цивун А. П. Обращение с РАО
при снятии с эксплуатации Чернобыльской
АЭС и преобразовании объекта «Укрытие»
в экологически безопасную систему // Ядер-
ная и радиационная безопасность. — 2006. —
№ 1. - С. 60-70.
41. Былкин Б. К., Савченко В. А. Концеп-
туальные аспекты снятия с эксплуатации
ядерных установок в России // Теплоэнер-
гетика. — 1996. — № 11. — С. 45—48.
42. Ванна для дезактивацп малогабарит-
ного обладнання: Пат. № 66470 Украша,
МКВ A G21F9/00/ Гавриш В М. - Заявл.
02.03.02; Опубл. 09.09.03: Бюл. № 5. — 15 с.
43. Васильев С. Ю. Реабилитация радио-
активно загрязненных территорий при сня-
тии с эксплуатации ядерных объектов //
Атомная техника за рубежом. — 2002. —
№ 4. — С. 3-9.
44. Васильченко В. М., Носовський А. В.,
Павленко А. О. та in. Анал1з рекомендаций
МАГАТЁ та м!жнародного досвшу в сфер!
регламентування поводження з радюактив-
ними выходами // Ядерная и радиацион-
ная безопасность. — 2004. — Т. 7, вып. 2. —
С. 54-63.
45. Велихов Е. П., Пономарев-Степной Н Н,
Волко В. Г и др. Реабилитация радиоактив-
но загрязненных объектов и территории
РНЦ «Курчатовский институт» // Атомная
энергия. — 2007. — Т. 102, вып. 5. — С. 30—36.
46. Вишницкий А. Л., Ясногородский И. 3.,
Григорчук И. П. Электрохимическая и элек-
тромеханическая обработка металлов. — Л.:
Машиностроение, 1971. — 212 с.
47. Волков В. Г, Городецкий Г Г, Звер-
ков Ю. А. и др. Проект «Реабилитация»:
состояние и проблемы //В сб.: 6-я Междунар,
конф. «Радиационная безопасность: транс-
портирование радиоактивных материалов
(Атом-транс-2003)». — С.-Пб (Россия),
22-26 сентября, 2003. — С. 90-111.
48. Вопросы дозиметрии и радиационная
безопасность на АЭС / А. А. Алексеев,
В. В. Андреев, А. В. Носовский и др.: Под
ред. А. В. Носовского. — Славутич: Укратом-
издат, 1998. — 408 с.
49. Воронин Л. М. Особенности эксплуа-
тации и ремонта АЭС. — М.: Энергоиздат,
1981.- 168 с.
50. Воющсий С. С. Аугогезия и адгезия высоко-
полимеров. — М.: Ростехиздат, 1960. — 244 с.
51. Вывод из эксплуатации промышлен-
ных уран-графитовых реакторов / В. И. Абра-
мов, Б. К. Былкин, Ю. А. Зверков и др. //
Атомная энергия. — 1999. — Т. 87, вып. 2. —
С. 118-129.
52. Вывод из эксплуатации реакторных
установок гражданского и военного назна-
чения / И. А. Енговатов, В. П. Машкович,
Ю. В. Орлов и др. // Атомная энергия. —
1998. -Т. 85, вып. 4. - С. 283-288.
53. Вывод из эксплуатации ядерно- и радиа-
ционно-опасных объектов РНЦ «Курчатов-
ский институт» / Б. К Бьшкин, А. А. Дроздов,
П. М. Егоренков и др. // Атомная энергия.
- 1999. - Т. 87, вып. 3. - С. 180-189.
54. Гавриш В. М. Использование рецикла
стандартного дезактивирующего раствора
продукта 43 для дезактивации оборудова-
ния из медных сплавов на примере дезакти-
вации трубок МНЖ // Сб. науч, трудов. —
Севастополь: СИЯЭиП, 2002. — № 7. —
С. 140-145.
55. Гавриш В. М., Сафонов В. А. Програм-
ма-рекомендация по составлению техно-
логической заявки на дезактивацию обору-
дования // Сб. науч, трудов. — Севастополь:
СИЯЭиП, 2002. - № 6. - С. 60-63.
56. Гавриш В. М., Сафонов В. А., Стель-
мах Д. А. Использование информационных
технологий в дезактивации при снятии
с эксплуатации АЭС Украины // Проблеми
загально! енергетики. — 2003. — № 9. —
С. 64-68.
57. Гарбер М. И. Декоративное шлифова-
ние и полирование. — М.: Машиностроение,
1964. - 192 с.
58. Герасимов В. В., КасперовичА. И., Марты-
нова О. И. Водный режим атомных электро-
станций. — М.: Атомиздат, 1976. — 400 с.
59. Городинский С. М. и др. Дезактивация
средств индивидуальной защиты и защитных
покрытий. — М.: Атомиздат, 1964. — 299 с.
60. Городницкий С. М. и др. Защитные по-
крытия в атомной технике. — М.: Госатом-
издат, 1963. — 154 с.
61. ГОСТ 20286-90. Загрязнение радиоак-
тивное и дезактивация. Термины и определе-
ния. - Взамен ГОСТ 20286-74, ГОСТ 25619-
83, ГОСТ 26097-84: Введ. 01.07.90. - М.: Изд-
во стандартов, 1990. — 10 с.
62. ГОСТ25619-83. Устройства для дезак-
тивации технические. Термины и определе-
ния. — Введ. 04.04.84. — М.: Изд-во стандар-
тов, 1983. - 12 с.
63. ГОСТ 26825-86. Покрытия полимер-
ные защитные дезактивируемые. Общие тех-
нические требования. — Введ. 01.07.87. — М.:
Изд-во стандартов, 1997. — 8 с.
64. ГОСТ27708-88. Материалы и покры-
тия полимерные защитные дезактивируемые.
Метод определения дезактивируемое™. —
Взамен ГОСТ 12.4.078-79: Введ. 01.07.89. -
М.: Изд-во стандартов, 1988. — 9 с.
65. ГОСТР 12.1.052-97. Система стандартов
безопасности труда. Паспорт безопасности
вещества (материала). Основные положения. —
Взамен ГОСТ Р 50587-93: Введ. 02.03.08. - М.:
Изд-во стандартов, 1997. — 14 с.
66. ГОСТ Р 50409-92. Генераторы пены
средней кратности. Технические условия. —
Взамен ГОСТ 12962-80; Введ. 01.01.94. - М.:
Изд-во стандартов, 1993. — 13 с.
67. ГОСТ Р 51966-2002. Загрязнение радио-
активное. Технические средства дезактива-
ции. Общие технические требования. —
Введ. 07.09.02. — М.: Изд-во стандартов,
2003. - 24 с.
68. Григорьев В. С., Молодиков Н.А.,
Носовский А. В. Дезактивация оборудования,
помещений и средств индивидуальной защиты
составами на основе перекисных соедине-
ний Ц Сб. трудов конф. «Междунар, коопе-
рация в ядер, развитии». — К., 1995. — Т. 1. —
С. 170-173.
69. Грилихес С. Я. Обезжиривание, травле-
ние и полирование металлов. — Л.: Машино-
строение, 1983. — 101 с.
70. Грилихес С. Я. Электрохимическое и
химическое полирование. — Л.: Машино-
строение, 1987. — 232 с.
71. Гуль В. Е., Бахрушина Л. А., Дворец-
кая Н. М. Высокомолекулярные соедине-
ния. - М.: Химия, 1976. - С. 122-126.
72. Дезактивация атомных установок для
подготовки к эксплуатации, осмотру, ремонту,
модификации или снятия с эксплуатации.
Договор № 26 501, этап 1. — М.: ВНИИХТ,
1991.-21 с.
73. Дезактивация парогенераторов Новово-
ронежской АЭС / Л. И. Голубев, В. Ф. Дюков,
М. И. Плотников и др. // Атомная энергия. —
1978. - Т. 44, вып. 5. - С. 42-47.
74. Донской А. В. Ультразвуковые электро-
технологические установки. — Л.: Энерго-
издат, 1982. — 208 с.
75. Дураджи В. Н, Парсаданян А. С. Нагрев
металлов в электролитной плазме. — Киши-
нев: Штиница, 1988. —214 с.
76. Егоров Ю.А. Основы радиационной
безопасности атомных электростанций. —
М.: Энергоиздат, 1982. — 272 с.
77. Жаке П. Электрохимическое и хими-
ческое полирование. — М.: Металлугриздат,
1959.- 136 с.
78. Жилинский В. В., Антропов В.М.,
Шмойлов А. М. Практический опыт работы
ГСП «Комплекс» по ликвидации последствий
катастрофы в Чернобыльской зоне // 36.
наукових статей «Науков! та техшчш аспек-
та Чорнобиля» за загальною редакшею
В. М. Глигала, А. В. Носовського. — К: ПолЬ
техшка, 2002. — Вип. 4. — С. 463—470.
79. Зайцев А. П. Чрезвычайные ситуации.
Краткая характеристика и классификация:
Метод, пособие. — М.: Ред. журнала «Воен-
ные знания», 1998. — 80 с.
80. Зимон А. Д. Ьзлкзпя жидкости и смачи-
вание. — М.: Химия, 1974. — 413 с.
81. Зимон А. Д. Адгезия пленок и покры-
тий. — М.: Химия, 1977. — 352 с.
82. Зимон А. Д. Адгезия пыли и порош-
ков. — М.: Химия, 1976. — 430 с.
83. Зимон А. Д Дезактивация. — М.: Атом-
издат, 1975. — 280 с.
84. Зимон А. Д Радиоактивные загрязнения.
Источники. Опасность. Дезактивация. — М.:
Ред. журнала «Военные знания», 1998. — 56 с.
85. Каммерер Ю. Ю., Харкевич А. Е. Аварий-
ные работы в очагах поражения. — М.: Воен-
издат, 1980. — 208 с.
86. Карлина О. К, Овчинников А. В., Пет-
ров А Г, Соболев И. А, Петров Г. А, Силин Н. А,
Вагонов С.Н. Исследование возможности дез-
активации асфальтобетонных покрытий, за-
грязненных радионуклидами. // Атомная
энергия, 1995. — Т. 78, Вып. 4. — С. 271—274.
87. Картель Н. Т., Бортун Л. Н. // Укр.
хим. журн. — 1992. — Т. 58, № 1. — С. 24—27.
88. Ключников О. О., Носовський А. В.
Основи дозиметри юшзуючих випромшювань:
Навч. пос!бник. — К: 1нститут проблем без-
пеки АЕС НАН Украши, 2007. — 256 с.
§9. Козлов В. Ф. Справочник по радиаци-
онной безопасности. — М.: Энергоатомиз-
дат, 1991.- 352 с.
90. Корнилович Б. Ю., Спасенова Л. Н,
Косорукое А. А. II Химия и технология
воды. - 1992. - Т. 14, № 1. - С. 48-52.
91. Крицкий В. Г., Стяжкин 77. С., Бере-
зина Ю. А. и др. Влияние качества тепло-
носителя на эксплуатационную надежность
элементов оборудования АЭС с РБМК-1000 //
Теплоэнергетика. — 2000. — № 7. — С. 2—9.
92. Кутлахмедов Ю. А, Зезина Н. В., Ми-
хеев А. Н. и др. Проблемы и перспективы
фитодеконтаминации и фитомикробной ре-
медиации почв, загрязненных радионукли-
дами // Экотехнологии и ресурсосбереже-
ние. - 2004. - № 1. - С. 49-52.
93. Лампард Дж., Хиллис К. Переплавка
радиоактивного металлолома // Атомная тех-
ника за рубежом. — 2007. — №3. — С. 27—30.
94. Лебедев В. И, Прозоров В. В., Гарусов Ю. В.
и др. Способ дезактивации внутренних поверх-
ностей оборудования ядерного реактора. Па-
тент России № 2126182. — Бюл. изобр. 1999, № 4.
95. Лысенко А А, Прозоров В. В, Тишков В. М.,
Бусырев В. Л. Применение для промывки
энергоблоков АЭС с РБМК рецептур с пасси-
вирующим эффектом // Атомная энергия. —
2003. - Т. 94, вып. 6. - С. 444-449.
96. Маргулис У. Я. Атомная энергия и ра-
диационная безопасность. — М.: Энергоатмо-
издат, 1988. — 224 с.
97. Масловский В. В. Дудко П.Д. Полиро-
вание металлов и сплавов. — М.: Высш, шк.,
1974.-256 с.
98. Менон Ш. Повторное использование
материалов от демонтажа ядерных устано-
вок // Атомная техника за рубежом. — 1996. —
№ 12. - С. 23-28.
99. Методическое руководство по спосо-
бам и рецептурам для дезактивации спец-
одежды и средств индивидуальной зашиты.
Сообщение 3. — М., 1991. — Чернобыль, 1991.
100. Михнюк Т. Ф. Безопасность жизнедея-
тельности. — Минск Дизайн ПРО, 1998. — 260 с.
101. Молодиков Н. А., Носовский А. В.,
Коротков В. Т, Будко В. А. и др. Методическое
руководство по способам и рецептурам для
дезактивации поверхностей оборудования
из различных материалов применительно
к АЭС. — М.: Чернобыль, 1991. — 126 с.
102. Молодиков НА. и др. Опыт химиче-
ской дезактивации некоторых деталей обо-
рудования на ЧАЭС. Укороченная одно-
стадийная химическая технология дезакти-
вации оборудования и поверхностей дета-
лей. — Чернобыль, 1990. — 47с.
103. Молодиков Н. А, Сорокин Н. М., Щер-
бина В. Г, Будко В. I., Дейнега Е. И, Троян В. С.
и др. Дезактивация спецодежды в прачечной
ЧАЭС. Укороченные технологические про-
цессы дезактивации спецодежды // II научно-
техническая конференция по Л ПА. — Черно-
быль — М.; Чернобыль, 1990. — 17с.
104. Мурзин A. А, Шадрин А. Ю., Романов-
ский В. Н. и др. Сверхкритическая флюидная
экстракция урана, трансурановых и редкозе-
мельных элементов с поверхности твердых
тел // Радиохимия. — 1997. — № 1. — С. 44—48.
105. Нигматулин И. Н, Нигматулин Б. И.
Ядерные энергетические установки. — М.:
Энергоатомиздат, 1986. — 167 с.
106. Нокс Р. Усовершенствование мето-
дов дезактивации // Атомная техника за ру-
бежом. - 1983. - № 3. - С. 21-23.
107. Нормализация радиационной обста-
новки при ликвидации последствий катаст-
рофы на Чернобыльской АЭС / Под ред.
Е. А Константинова. — Сосновый Бор: ЛАЭС,
2006. - 208 с.
108. Носовский А. В., Богорад В. И., Василь-
ченко В. Н. и др. Радиационная безопасность
и защита на атомных электрических станци-
ях / Под ред. А. В. Носовского. — X.: O6epir,
2008.- 356 с.
109. Носовский А. В., Васильченко В. Н,
Ключников А. А., Пристер Б. С. Авария на
Чернобыльской АЭС: опыт преодоления,
извлеченные уроки / Под ред. А. В. Носов-
ского. — К: Техшка, 2006. — 264 с.
ПО. Носовский А. В., Васильченко В. И,
Ключников А. А, Ященко Я. В. Снятие с экс-
плуатации ядерных энергетических устано-
вок/ Под ред. А. В. Носовского. — К: Техн1-
ка, 2005. - 288 с.
111. Носовский А. В., Васильченко В. Н.,
Павленко А А, Письменный Е. Н, Широков С. В.
Введение в безопасность ядерных технологий:
Уч. пособие / Под ред. А. В. Носовского. —
К: Техн1ка, 2006. — 360 с.
112. Носовський А. В., Васильченко В. М.,
Павленко А. О. та Ы. Поводження з радю-
активними выходами / За ред. А. В. Носов-
ського. — К.: Техшка, 2007. — 368 с.
113. Носовський А В., Скрипов О. €., Тол-
стоногое В. К. Подготовка Чорнобильсько!
АЕС до виведення енергоблоюв з експлуа-
таш! И Бюл. екол. стану зони вщчуження та
зони безумовного (обов’язкового) вщселен-
ня. — Чорнобиль: Чорнобилынтершформ,
2000.-№15.-С. 21-24.
114. Объект «Укрытие». История, состояние
и перспективы / А А. Ключников, А. В. Но-
совский, В. Н. Щербин и др. — К.: Интер-
график, 1997. — 224 с.
115. Оловянишников Н.П. Гражданская
оборона. — М.: Высш, шк., 1979. — 72 с.
116. Основы РСЧС. Приведение в готов-
ность и защита формирований. Специаль-
ная обработка. Эвакуационные мероприя-
тия: Метод, пособие. — М.: Ред. журнала
«Военные знания», 1998. — 57 с.
117. ОСТ95.2223-83. Гидромониторы дезакти-
вационные. — Ввел. 24.06.96. — 12 с.
118. Отчет о разработке и создании спо-
соба и соответствующего оборудования по
интенсивной гидровакуумной дезактивации
с локализацией продуктов загрязнений и вне-
дрение его в производство на ЧАЭС: Отчет
о НИР (заключ.) / Группа «Тайфун» — М.;
Чернобыль: Куйбишев, 1986. — 11 с.
119. Отчет по научно-исследовательской
работе (промежуточн.): Разработка техноло-
гии дезактивации поверхностей и оборудо-
вания сложной конфигурации («Струя») /
НТП «ИКАР». - 38 с.
120. Отчёт. Использование слабых рас-
творов щавелевой кислоты для дезактивации
внутренних поверхностей КМПЦ реактора
РБМК. — Часть 1: Лабораторные испытания.
121. Палатник Л. С., Фукс М. Я., Косе-
вич В. М. Механизм образования и субструктур
конденсированных пленок. — М.: Наука,
1972. - 320 с.
122. Патриляк К. И., Благоев В. В, Бойко В. В.
и др. Опыт пылеподавления и закрепления
пылящих территорий в зоне отчуждения и за
ее пределами // В сб.: I Всесоюз. НТС по
итогам ЛПА на ЧАЭС. Чернобыль-88. — Т. 6:
Меры по уменьшению миграции и захоро-
нению РАО. - М., 1989. - С. 190-206.
123. Пены как средство пылеподавления на
объекте «Укрытие» / В. Н. Галагуз, Т. В. Корень-
кова, А. Э. Меленевский, В. Н. Слободян. —
Чернобыль, 1998. — 16 с. (Препр. / НАН
Украины. МНТЦ «Укрытие». 98—14).
124. Пяндрина Т.Н. Электрохимическая
обработка металлов. — М., 1961. — 74 с.
125. Радиация: Дозы, эффекты, риск /
Пер. с англ. Ю.А. Банникова. — М.: Мир,
1990. - 79 с.
126. Радиоактивные отходы в Украине: со-
стояние, проблемы, решения / О. К. Авдеев,
А. А. Кретинин, А.И. Леденев и др.; Под общ.
ред. академика НАНУ Э. В. Соботовича. —
К.: Издательский центр ДрУк, 2003. — 400 с.
127. Разработка и осуществление комп-
лекса мероприятий по улучшению радиаци-
онной обстановки на объекте «Укрытие»
ЧАЭС. Этап 24. Обобщение опыта мировой
и отечественной практики дезактивацион-
ных работ на основе ранее выполненных
работ. Договор № 63Н (5-332302). — Черно-
быль, 1993 г. — 48 с.
128. РД 95 10404-90. Дезактивация элект-
рохимическая. Типовой технологический
процесс. — Введ. 17.03.95. — М.: Изд-во стан-
дартов, 1995. — 15 с.
129. Регламент предремонтной химиче-
ской обработки внутренних поверхностей
оборудования и трубопроводов конденсат-
но-питательного тракта АЭС с РБМК. — М.:
Минатом СССР, 1990.
130. Ройх И.Л., Колтунова Л. Н. Защитные
вакуумные покрытия на стали. — М.: Ма-
шиностроение, 1971. — 280 с.
131. Румянцев В. В. Некоторые современные
тенденции развития способов дезактивации
оборудования АЭС // Атомная техника за
рубежом. — 1990. — № 6. — С. 21—22.
132. Румянцев В. В. Снятие с эксплуатации
и демонтаж реакторов на АЭС и предприятиях
атомной промышленности // Атомная тех-
ника за рубежом. — 1990. — № 7. — С. 20—23.
133. Румянцев В. В. Современные тенденции
в эволюции подходов к проблеме дезактива-
ции // Атомная техника за рубежом. —
1994. -№ 1. - С. 3-7.
134. Рыбалка В. Б., Стрелко В. В., ШвецД. И.
О влиянии сорбционно-микробиологиче-
ского фактора на миграционную подвиж-
ность радионуклидов. // International Coni'.
“Fifteen Years after the Chornobyl Accident.
Lessons Learned”. — Kiev, 2001. — P. 22—26.
135. Сафонов В. А., Кучинский В. К,
Гавриш В. М. Возможные проблемы снятия
с эксплуатации АЭС Украины // Проблеми
загально! енергетики. — 2003. - № 8. -
С. 18-21.
136. Сивинцев Ю. В. Минимизация объё-
ма отходов низкой удельной активности на
АЭС // Атомная техника за рубежом. —
1996. — № 11. -С. 3-8.
137. Симановский В. М., Ампелогова Н. И.,
Крицкий В. Г. и др. Применение опыта дез-
активации энергоблоков АЭС с реакторами
РБМК при их выводе из эксплуатации // Тепло-
энергетика. — 1999. — № 10. — С. 51—55.
138. Симон Г., ТомаМ. Прикладная меха-
ника обработки поверхности металлических
материалов: Справочник / Пер. с нем.
Ю. Ф. Тарасевича: Под ред. А.Ф. Пименова. —
Челябинск: Металлургия, 1991. — 366 с.
139. Скачек М. А. Обращение с отрабо-
тавшим ядерным топливом и радиоактив-
ными отходами АЭС. — М.: Издательский
дом МЭИ, 2007. - 448 с.
140. Соснин Н.А., Тополянский П.А., Ви-
чик Б. Л. Плазменные покрытия (технология
и оборудование). — СПб.: ДНТП, 1992. — 28 с.
141. Cnoci6 очищения поверхонь вироб!в:
Пат. №49226 Украина, МКВ А ВО8ВОЗ/1О/
Гавриш В.М., Сафонов В.А. — Заявл. 03.06.01;
Опубл. 04.07.04; Бюл. № 7 - 45 с.
142. Справочник по электрохимии / Под ред.
А. М. Сухотина. — Л.: Химия, 1981. — 488 с.
143. Справочник по ядерной энерготехно-
логии / Пер. с англ. Ф. Ран, А. Адамантиадес
и др.; Под редакцией В. А. Легасова. — М.:
Энергоатомиздат, 1989. — 751 с.
144. Ставицкая С. С., Герасименко Н. В.,
Петренко Т. В., и др. // Укр. хим. журн. —
1993. —Т. 59, № 12. - С. 1268-1273.
145. Степанов И. К, Степанов А И., Доиль-
ницын В. А., Тишков В. П. Разработка новых
пенообразователей, предназначенных для
решения некоторых задач на предприятиях
ядерно-топливного цикла. // В сб.: Безопас-
ность ядерных технологий-2004. Обращение
с РАО. VII Междунар, конф. — СПб, сен-
тябрь 2004. - С. 426-428.
146. Технологии ремонта, восстановления
и упрочнения деталей машин, механизмов,
оборудования, инструмента и технологичес-
кой оснастки // Материалы 7-й Международ-
ной практической конференции-выставки
12-15 апреля 2005 г. - СПб: Изд. СПбГПУ,
2005. - С. 316-333.
147. Тополянский П. А Исследование ионно-
плазменных износостойких покрытий на
инструментальных сталях // Металлообра-
ботка. - 2004. - № 1 (19). - С. 24-30.
148. Хебрант П. Повторное использование
металла демонтированных трубопроводов
АЭС // Атомная техника за рубежом. — 1989. —
№9. -С. 40-41.
149. Хижняк А Е., Балясников A. В., Пищу-
лин В. П., Сваровский А. Я. Установка струй-
ной дезактивации емкостей // Материалы от-
расл. научно-техн. конф. «Технология и ав-
томатизация атомной энергетики и промыш-
ленности»: — Северск: СГГА, 2007. — С. 108.
150. ХирсД., Паунд Г. Испарение и кон-
денсация. — М.: Металлургия, 1966. — 196 с.
151. Черепанов Ю. П., Самецкий Б. И.
Электрохимическая обработка в машиностро-
ении. — М.: Машиностроение, 1972. — 110 с.
152. Чернявский И. Д. Дробеструйные комп-
лексы. Прогрессивные материалы, техноло-
гические процессы и оборудование для за-
щиты металлов от коррозии. — К: Метал-
лургия, 1990. — 230 с. *
153. Шадрин А. Ю., Мурзин А А, Бабаин -
В. А, Камачев В. А. и др. Дезактивация в суб-
и сверхкритическом диоксиде углерода //
Радиохимия. — 2002. — Т. 44, № 4. —
С. 373-377.
154. ШвецД. И., Стрелко В. В., Кар-
тель Н. Т. и др. Радиационно-химические
процессы в гетерогенных системах на основе
дисперсных окислов. — М.: Энергоатом-
издат, 1987. — 123 с.
155. Штанько В. М., Животовский Э. А.
Электрохимическая обработка металлопро-
дукции. — М.: Металлургия, 1986. — 335 с.
156. Штанько В. М., Карязин Л. П.
Электрохимическое полирование метал-
лов. — М.: Металлургия, 1979. — 247 с.
157. Шубин Е.П. Гражданская оборона. —
М.: Просвещение, 1991. — 223 с.
158. Шульга Н. А. Обращение с различ-
ными типами радиоактивных отходов //
Атомная техника за рубежом. — 2002. —
№ 8. - С. 3-10.
159. Шульга Н. А. Перспективы развития
за рубежом регенерации металлов из радио-
активного металлического скрапа методом
плавления // Атомная техника за рубе-
жом. - 1994. - № 4. - С. 10-16.
160. Шульга Н. А., Блинова И. В., Соколо-
ва И. Д. Технологии дезактивации оборудо-
вания при выводе из эксплуатации ядерных
установок // Атомная техника за рубежом. —
М.,2007. — №6. -С. 3-9.
161. Ямпольский А. М. Травление метал-
лов. — М.: Металлургия, 1980. — 240 с.
Сведения об авторах
Носовский Анатолий Владимирович, доктор технических наук,
профессор.
После окончания Ленинградского политехнического институ-
та (1973—1988) работал в Научно-исследовательском технологиче-
ском институте Министерства среднего машиностроения СССР,
проводил исследования в области радиационной защиты на судовых
ядерных энергетических установках.
В составе УС-605 Министерства среднего машиностроения
СССР принимал участие в работах по ликвидации аварии на
Чернобыльской АЭС, где занимался вопросами организации
радиационной зашиты во время строительства объекта «Укры-
тие» и послеаварийного пуска энергоблоков.
С 1988 по 1998 г. работал на Чернобыльской АЭС на руководя-
щих технических должностях по организации и обеспечению без-
опасной эксплуатации энергоблоков станции и объекта «Укрытие».
С 1998 по 2004 г. возглавлял лабораторию международных
исследований и технологий в г. Славутиче, занимаясь вопросами
научного сопровождения процесса снятия с эксплуатации энергоблоков Чернобыльской АЭС.
В настоящее время работает заместителем директора Государственного научно-технического
центра по ядерной и радиационной безопасности Государственного комитета ядерного регулиро-
вания Украины.
Автор более 200 научных работ.
Почетный член Украинского ядерного общества, член ученых советов Национального техни-
ческого университета «Киевский политехнический институт». Государственного Черниговского
института экономики и управления, Института проблем безопасности АЭС НАН Украины. Член
научно-технического совета Государственного комитета ядерного регулирования Украины. Глав-
ный редактор журнала «Ядерна та рад!ашйна безпека»,член редакционной коллегии журнала «Про-
блемы безопасности атомных электростанций и Чернобыля»
Гавриш Владимир Михайлович, кандидат технических наук.
После окончания в 1999 г. Севастопольского национального ин
ститута ядерной энергии и промышленности работает на Государ-
ственном специализированном предприятии «Чернобыльская АЭС».
С <999 по 2002 гг. в должности инженера-технолога цеха дез-
активации и обращения с радиоактивными отходами (ПДиРАО)
занимался разработкой и пересмотром технологических инструк-
ций и положений по проведению дезактивационных работ и об-
ращению с РАО, выбором технологий дезактивации. С 2002 по
2007 гг. — инженер группы инженерного сопровождения работ
по снятию с эксплуатации в отделе снятия с эксплуатации, затем
начальник бюро разработки документации. С 2008 г. по настоя-
щее время — заместитель начальника цеха по переработке твер-
дых радиоактивны а отходов. В его обязанности входяг ор; аниза
циЯ5 и сопровождение работ по обращению с твердыми Р\О
и дезактивации на ГСП ЧАЭС. С 2000 г. по совместитепьст?у
работал в Киевском институте «Энергопроекг», Государственном
научно техническом центре ядерной и радиационной безопасности, Севастопольском националь-
ном университете ядерной энергии и промышленности. Участвовал в разработке НТД Украины по
обращению с РАО и снятию с эксплуатации установок ядерно-топливного цикла, в выполнении
экспертиз документов, в проведении ПИР по обращению с РАО и снятию с эксплуатации.
Автор более 20 научных публикаций, трех авторских свидетельств.
Ключников Александр Александрович, академик Националь-
ной академии наук Украины, доктор технических наук, профес-
сор, директор Института проблем безопасности атомных элект-
ростанций НАН Украины.
После окончания в 1967 г. Киевского государственного универ-
ситета им. Т. Г. Шевченко работал в Институте физики АН УССР.
В 1970 г. переведен в созданный Институт ядерных исследова-
ний АН УССР, где прошел путь от аспиранта до заместителя ди-
ректора по научной работе — директора Специального конструк-
торско-технологического бюро с экспериментальным производ-
ством, которое возглавлял на протяжении 18 лет. С 1975 по 1979 гг.
в аппарате Президиума НАН Украины занимал должности науч-
ного сотрудника-консультанта, ученого секретаря сектора физико-
технических и математических наук.
Под его руководством и при личном участии проведены много-
плановые исследования, результатом которых стала разработка
более 100 образцов уникальных приборов и установок, исполь-
зующихся в различных областях науки и техники, таких как система приборов распределенного
управления технологией эксперимента, системы управления и внутриреакторного контроля АЭС.
Большинство его разработок направлено на создание современной ускорительной техники, радио-
метрической и дозиметрической аппаратуры.
С первых дней аварии на Чернобыльской АЭС активно участвовал в ликвидации ее последствий.
В 1996 г. избран генеральным директором Межотраслевого научно-технического центра «Укрытие»
НАН Украины, в 2004 г. преобразованного в Институт проблем безопасности атомных электро-
станций НАН Украины.
Автор более 250 научных публикаций, в том числе 9 монографий, 30 патентов на изобретения.
Заслуженный деятель науки и техники Украины, лауреат Государственной премии в области
науки и техники, имеет правительственные награды.
Ткачёв Денис Александрович. После окончания физико-
энергетического факультета Обнинского государственного
технического университета атомной энергетики (1994-2000) ра-
ботал в Чернобыльском международном центре по проблемам
ядерной безопасности, радиоактивных отходов и радиоэкологии,
где до 2004 г. занимался вопросами анализа безопасности атом-
ных электростанций, расчета наведенной активности и радиаци-
онных характеристик конструкций реакторов Чернобыльской АЭС
при помощи кодов для ядерно-физических расчетов, а также воп-
росами проведения комплексных инженерных и радиационных
обследований на АЭС.
С 2004 г. работает на Чернобыльской АЭС. Принимал актив-
ное участие в проведении комплексных инженерных и радиаци-
онных обследований энергоблоков №№ 1-3 Чернобыльской АЭС
(2005), один из разработчиков Программы снятия с эксплуата-
ции Чернобыльской АЭС
В настоящее время занимает должность руководителя группы
интегрированного планирования отдела стратегического планирования Чернобыльской АЭС.
С 2009 г. аспирант кафедры ядерной физики и технологии Словацкого технологического уни-
верситета в Братиславе.
Автор ряда научных публикаций.
ПЕРЕЧЕНЬ ОПУБЛИКОВАННЫХ ИЗДАНИИ СЕРИИ
«БЕЗОПАСНОСТЬ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ»
Информационные и управляющие системы / М. А. Ястребенецкий, В. Н. Василь-
ченко, С. В. Виноградская и др.; Под ред. М. А. Ястребенецкого. — К.: Техшка,
2004. - 472 с.
Монография посвящена анализу информационных и управляющих систем (ИУС) АЭС в ас-
пекте безопасности АЭС. Рассматриваются относящиеся к этим системам нормативные базы Укра-
ины, России, МАГАТЭ, МЭК. Приводятся влияющие на безопасность АЭС требования к ИУС
и их компонентам (техническим средствам, программному обеспечению, программно-техниче-
ским комплексам), принципы оценки соответствия ИУС и их компонентов требованиям, примеры
обеспечения и оценки безопасности различных систем, внедренных на АЭС Украины.
Для сотрудников АЭС, разработчиков и проектировщиков ИУС АЭС, работников органов
государственного регулирования ядерной безопасности. Книга может быть полезна специалистам
в области ИУС отраслей, критических с точки зрения безопасности (авиационный и железно-
дорожный транспорт, нефтепереработка, транспортировка газа и др.).
Снятие с эксплуатации ядерных энергетических установок / А. В. Носовский,
В. Н. Васильченко, А. А. Ключников, Я. В. Ященко; Под ред. А. В. Носовского. —
К.: Техшка, 2005. — 288 с.
Учебное пособие является первым в Украине изданием, дающим полный обзор процесса снятия
с эксплуатации ядерных энергетических установок и включающим вопросы планирования, разра-
ботки проектной документации, описание современных технологий. На основании анализа меж-
дународного и отечественного опыта рассматриваются вопросы обращения с радиоактивными
отходами, методы дезактивации, демонтажа оборудования, применения дистанционных техноло-
гий, а также оценки затрат при снятии с эксплуатации. Особое внимание уделяется обеспечению
безопасности персонала, населения и окружающей среды при проведении работ по снятию
с эксплуатации.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности “Атомная энерге-
тика”. Может быть полезно для специалистов атомных электрических станций, занимающихся
вопросами снятия с эксплуатации, инженеров, специалистов по безопасности ядерных установок,
сотрудников научных и проектных организаций, ведущих разработки в данной области.
Введение в безопасность ядерных технологий / А. В. Носовский, В. Н. Васильчен-
ко, А. А. Павленко и др.; Под ред. А. В. Носовского. — К.: Техшка, 2006. — 360 с.
В учебном пособии рассматриваются теоретические и практические вопросы безопасности име-
юцщхся на территории Украины энергетических и исследовательских ядерных реакторов, объектов
по обращению с ядерными материалами и радиоактивными отходами, а также объекта «Укрытие»,
аспекты регулирования ядерной и радиационной безопасности.
Для студентов высших учебных заведений. Книга может быть полезной для специалистов атомных
электрических станций, предприятий и организаций, занимающихся вопросами обеспечения ядер-
ной и радиационной безопасности, аспирантов, научных и практических работников, проектиров-
щиков и других специалистов, желающих пополнить и систематизировать свои знания в рассмат-
риваемой области.
Авария на Чернобыльской АЭС: Опыт преодоления. Извлеченные уроки /
А. В. Носовский, В. Н. Васильченко, А. А. Ключников, Б. С. Пристер; Под ред.
А. В. Носовского. — К.: Техшка, 2006. — 264 с. + цв. вкл. на 32 с.
В книге, посвященной 20-летию аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС, пред-
ставлены история строительства станции, причины аварии, ее последствия, мероприятия по як
ликвидации. Описано современное состояние дел по снятию с эксплуатации энергоблоков Черно-
быльской АЭС, преобразованию объекта «Укрытие» в экологически безопасную систему. Обсуждено
будущее площадки и зоны отчуждения Чернобыльской АЭС.
Для специалистов атомных электрических станций, научных и инженерно-технических работ-
ников, служб противоаварийного реагирования и чрезвычайных ситуаций, а также широкого круга
читателей.
Поводження з радюактивними вщходами / А. В. Носовський, 3. М. Алексеева,
Г. П. Борозенець та iH.; За ред. А. В. Носовського. — К.: Техшка, 2007. — 368 с.
У монографп висвплено ос нов hi проблеми безпечного поводження з радюактивними выхода-
ми (РАВ). Узагальнено м!жнародш знания, а також нашональний досвщ у шй сфер! д!яльносп.
Описано технолог!! та методи, що застосовуються для досягнення цшей безпеки. Основну увагу
придшено правилам i нормам безпеки, опису д!ючих об’скпв поводження з РАВ.
Для спешал!ст1в атомних електричних станшй та шших пщприсмств i оргашзашй, яю займають-
ся питаниями поводження з РАВ. Книга може бути корисною асшрантам, студентам вищих навчальних
закладш, науковим i практичним прашвникам, проектувальникам та шшим шженерно-техшчним
спешалютам, котр! прагнуть поповнити й систематизувати сво! знания в даны галузь
Радиационная безопасность и защита на атомных электрических станциях /
А. В. Носовский, В. И. Богорад, В. Н. Васильченко, А. А. Ключников, Т. В. Лит-
винская, А. Ю. Слепченко; Под ред. А. В. Носовского. — X.: O6epir, 2008. — 356 с.
В монографии рассматриваются вопросы обеспечения радиационной безопасности и зашиты на
атомных электрических станциях. Приведено описание основных источников радиационной опас-
ности на АЭС, принципов, методов и средств обеспечения безопасности и радиационного контро-
ля. Особое внимание уделено вопросам нормирования ионизирующих излучений.
Для специалистов атомных электрических станций, занимающихся вопросами обеспечения
радиационной безопасности и защиты. Книга может быть полезной студентам высших учебных
заведений, аспирантам, научным сотрудникам и другим специалистам, деятельность которых свя-
зана с использованием источников ионизирующих излучений.
Халимончук В. А.
Динамика ядерного реактора с распределенными параметрами в исследованиях
переходных режимов эксплуатации ВВЭР и РБМК. — К.: Основа, 2008. — 228 с.
Монография одного из ведущих украинских специалистов в области физики ядерных реакто-
ров, работы которого по исследованию динамических режимов РБМК внесли значительный вклад
в обоснование мероприятий по повышению их безопасности, посвяшена разработке и использова
нню пространственных моделей динамических процессов в ВВЭР и РБМК. Помимо вопросов
расчета быстрых переходных процессов в РБМК и ВВЭР, рассматриваются вопросы моделирования
ксеноновых переходных процессов в РБМК и ВВЭР. Для реактора ВВЭР обсуждается проблема
ксеноновых колебаний, включая их моделирование с помощью программы DYN3D, разработан-
ной в исследовательском центре Германии «Rossendori». Приводятся результаты расчетных иссле-
дований ряда проектных аварий на реакторе РБМК-1000, полученные с помощью первой трехмер-
ной динамической программы ТРЕП, разработанной автором. Даются описания моделей для расчета
полей температур в твэлах и графитовой кладке РБМК, излагаются вопросы моделирования аварии
на энергоблоке N° 4 Чернобыльской АЭС.
Книга основана на результатах работ автора в течение 30-летнего периода и рассчитана на
специалистов АЭС, научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями переходных
режимов эксплуатации энергетических реакторов. Будет также полезна студентам и аспирантам
по специальности «Ядерные энергетические установки».
ПО ВОПРОСУ ПРИОБРЕТЕНИЯ КНИГ
СЕРИИ «БЕЗОПАСНОСТЬ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ»
ОБРАЩАЙТЕСЬ ПО АДРЕСУ:
03142 Киев, ул. Василя Стуса, 35/37, а/я 124
о Государственный научно-технический центр
по ядерной и радиационной безопасности.
Тел.: (044) 422-49-72, факс: (044) 452-89-90
Наукове видання
Носовський Анагожй Володимирович,
Гавриш Володимир Михайлович,
Ключников Олександр Олександрович,
Ткачов Денис Олександрович
БЕЗПЕКА
АТОМНИХСТАНЦ1Й
ДЕЗАКТИВАЦ1Я
Рос. мовою
Редактор Н. О. Биокршшцька
Оформления художника В. С. Жиборовського
Комп’ютерна верстка О. Д. Ткаченка
Пшп. до друку 27.1J.2009. Формат 70х901/16
flanip офсет. № 1. Гарнггура Таймс. Друк офсет.
Ум. друк. арк. 19,0. Обл.-вид. арк. 22,23.
Тираж 500 пр. Зам. № 29-221
Видавниптво «Основа». 01032 Кигв, вул. Жилянська, 87/30.
Свшоптво про внесения до Державного реестру Украгни
суб’екпв видавничо! справи
ДК № 357 вщ 12.03.2001
Вшдруковано в ТОВ «Основа-Принт».
02002 Ки!в, вул. Луначарського, 2, к 5
Свшоптво про внесения до Державного реестру Украши
суб’екпв видавничо! справи ДК № 2 вш 10.02.2000
У монографий висвгглено теоретичш та практичн! вщомосп шодо способ!в i технолопй дезакгивацп
поверхнень, забруднених радюакгивними речовинами. Узагальнено мЬкнародш знания, а також на-
цюнальний'досвщ у uiii сфер! д!яльност!. Описано сучасш способи дезактивации Особливу увагу при-
дгпено питаниям вибору технолопй дезакгивацп, а також правилам безпеки лхд час проведения роб!т
з дезакгивацп.
Для фах!вц!в атомник електричних станцш та 1нших пгдприемств i оргашзацш, як! займаються
питаниями дезакгивацп. Книга може бути корисною ас трактам, студентам вищих навчальних
заклад1в, науковим i пракгичним прашвникам, проектувальникам та шшим шженерно-техшчним
спешал!стам, як! прагнуть поповнити й систематизувати с во! знания в данш галузь
NUCLEAR POWER PLANTS SAFETY
DECONTAMINATION
Basic theoretical knowledge's and technologies of decontamination works
applied in practice are lighted up in a monograph. International knowledge's,
and also national experience, are generalized in this sphere of activity.
Modern technologies and methods of decontamination are described. Basic
attention is spared to the questions of expedience, choice of technologies
of decontamination, and also to the rules and norms of safety during
the decontamination activities.
For the specialists of the atomic electric stations and other enterprises
and organizations which are engaged in the questions of decontamination.
A book can be useful for postgraduate students, students of higher education
institutions, research and practical workers, designers and other engineer
and technical specialists which aim to fill up and systematize the knowledge's
in this industry.
БЕЗОПАСНОСТЬ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ
ДЕЗАКТИВАЦИЯ
A
ОСНОВА