Ученые разработали и испытали в лабораторных условиях технологию плазменной очистки металлических поверхностей, загрязненных радионуклидами в процессе эксплуатации ядерных установок. Технология позволяет удалять радиоактивные отложения любого химического состава, включая удаление коррозионных отложений сложных оксидов металлов с поверхностей оборудования реакторов в ходе плановых ремонтов или продуктов расплава содержимого ядерного реактора, образующегося при авариях, с металлических фрагментов разрушенного реактора. Технология в перспективе может применяться для ликвидации последствий радиационных аварий масштаба АЭС Фукусима-1. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале «Ядерная физика и инжиниринг».
Для современной ядерной энергетики одной из ключевых задач остается поиск эффективных технологий дезактивации при плановых остановках и при выводе из эксплуатации ядерных энергетических установок (ЯЭУ), которые позволят существенно сократить объемы вторичных радиоактивных отходов (РАО) и затраты на их захоронение. Радиохимические технологии, широко применяемые для дезактивации оборудования реакторов, имеют ряд принципиальных недостатков: образование многократно возрастающих по объему жидких вторичных радиоактивных отходов, а также необходимость эмпирического подбора состава раствора и режима травления в зависимости от характера радиоактивных отложений, что также приводит к коррозии чувствительных элементов арматуры и трубопроводов.
Исследователи из Общества с ограниченной ответственностью «ИнноПлазмаТех» (Санкт-Петербург) разработали принципы «сухого» ионного и термического распыления радиоактивных отложений в укороченном плазменном разряде в среде инертного газа при атмосферном давлении, которые при найденных экспериментальных условиях можно положить в основу линейки компактных устройств для дезактивации ЯЭУ.
Ионно-плазменная технология основана на ионном и термическом распылении радиоактивных отложений с проводящей поверхности, загрязненной радионуклидами. Для этого зажигается укороченный разряд (длина разрядного промежутка порядка 0.2–3 мм) между дезактивируемой поверхностью (катод) и сменным электродом-коллектором (анод) в инертном газе (аргон) при давлении при атмосферном давлении или на порядок ниже его. Распылительное устройство содержит корпус, систему питания разряда, систему охлаждения со сменным электродом-коллектором и систему подачи и откачки инертного газа с фильтрацией. Оно перемещается по дезактивируемой поверхности шаг за шагом на манипуляторе с контролем снижения радиоактивности.
Ученые проверили ионно-плазменную технологию в лабораторных условиях на примере распыления образцов различных металлических сплавов (нержавеющая сталь, алюминий, медь, латунь) с осаждением на никелевые аноды и контролем элементного состава осадка с помощью электронного микроскопа Merlin Zeiss c X-ray микроанализом.
Главными преимуществами ионно-плазменной технологии являются отсутствие жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и сокращение вторичных РАО в десятки раз по сравнению с любыми радиохимическими методами, а также возможность удаления любых радиоактивных отложений независимо от их химического состава и формы металлоконструкции с осаждением слоя распыленных атомов радиоактивного отложения в форме твердого осадка на сменном электроде-коллекторе из тонкой фольги, удобном для дальнейшего захоронения или полезного использования.
«Разработанная технология позволяет в перспективе применить ее для ликвидации последствий радиационных аварий, например, на АЭС Фукусима-1, где использование традиционной жидкостной радиохимии практически невозможно, поскольку в силу расплавления донной части реакторов нельзя заполнить их протравливающими растворами. А наше «сухое» плазменное устройство позволяет проводить дезактивацию любых вертикальных и потолочных частей реактора. Технологию мы запатентовали совместно с ГК "Росатом" и АО "Концерн Росэнергоатом", также начато международное патентование», — комментирует руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Анна Петровская, кандидат физико-математических наук, генеральный директор ООО «ИнноПлазмаТех».
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм. Подписывайтесь на канал РНФ в национальном мессенджере MAX.