Утилизация радиоактивных отходов

     Министерство  образования Российской Федерации

     Научно  Исследовательский Иркутский Государственный  Технический Университет 
 
 
 
 
 
 

     Реферат

     На  тему: утилизация радиоактивных отходов 
 
 
 
 
 

                                               Выполнил: ст. гр. ЭС-02-2

                                               Басько Дмитрий

                                               Проверил: преподаватель

                                               Мурашко Н.А. 
 
 
 
 
 
 

     Иркутск 2011 г.

 

      Содержание 

1. Введение
2. Метод (Технология) остекловывания РАО
3. Заключение

Список литературы.

 

      1. Введение 

     Радиоактивные отходы (РАО) - жидкие, твёрдые и газообразные отходы, содержащие радиоактивные изотопы (РИ) в концентрациях, превышающих  нормы, утвержденные в масштабе данной страны.

     Классификация РАО:

     Низкоактивные РАО — результат деятельности больниц, промышленных предприятий, а также ядерного топливного цикла. К ним относятся бумага, ветошь, инструменты, одежда, фильтры и т. д., содержащие малое количество преимущественно короткоживущих изотопов. Обычно эти предметы определяют как малоактивные отходы в качестве меры предосторожности, если они находились в любой области т. н. «активной зоны», часто включающей офисные помещения с крайне незначительной возможностью заражения радиоактивными веществами. Низкоактивные РАО обычно обладают не большей радиоактивностью, нежели те же предметы, отправленные на свалку из нерадиоактивных зон, например, обычных офисов. Данный тип отходов не требует изоляции во время транспортировки. Низкоактивные РАО делятся на четыре класса: A, B, C и GTCC (самый опасный).

     Среднеактивные  РАО обладают большей радиоактивностью и в некоторых случаях нуждаются  в экранировании. К данному классу отходов относятся смолы, химический осадок, металлические оболочки тепловыделяющих элементов реакторов, а также загрязненные вещества из выведенных из эксплуатации АЭС. При транспортировке эти отходы могут закатываться в бетон или битум.

     Высокоактивные  РАО — результат работы ядерных реакторов. Они содержат продукты деления и трансурановые элементы, полученные в ядре реактора. Эти отходы крайне радиоактивны и часто имеют высокую температуру. На долю высокоактивных РАО приходится до 95 % общей радиоактивности, образующейся в результате процесса генерации электрической энергии в реакторе.

     Виды  РАО:

     К твёрдым РАО при неизвестном  изотопном составе относятся  материалы с удельной активностью более:

• Источники бета-излучения — 100 кБк/кг
• Источники альфа-излучения — 10 кБк/кг
• Источники с трансурановыми радионуклидами — 1 кБк/кг

     К жидким РАО относятся органические и неорганические жидкости, пульпы и шламы, в которых удельная активность радионуклидов в 10 раз превышает значения уровней вмешательства при поступлении с водой, приведённые в приложении № 2 НРБ-99.

     К газообразным РАО относятся радиоактивные  газы и аэрозоли с допустимой объёмной активностью, превышающей уровни приложения № 2 НРБ-99.

     Проблема  утилизации радиоактивных  отходов уже более 50-ти лет находится в центре внимания специалистов и всего общества, однако за это время не только не найдено приемлемого способа ее решения, но наоборот, сегодня она кажется все более и более неразрешимой.

     Если  на заре атомной эры основной массив радиоактивных отходов состоял  из продуктов производства, эксплуатации и вторичной переработки рабочих  материалов ядерных установок исследовательского, энергетического и военного назначения, то в настоящее время их номенклатура значительно расширилась за счет самих этих технических устройств, обслуживающей их инфраструктуры и  территорий, на которых они расположены, включая и проживающих там  людей. Атомная индустрия, захлебнувшаяся в своих отходах, уже превратилась в один общий радиоактивный “отход” реакций ядерного синтеза-распада, которые живут собственной, неуправляемой физической жизнью в глубине кристаллов атомных реакторов, смертоносного вещества, пока “спящих”, ядерных и термоядерных боезарядов и в земных толщах многочисленных радиоактивных могильников. Положение настолько серьезно, что дальнейшее развитие такой варварской формы эксплуатации ядерных технологий становится экологически невозможным, экономически невыгодным и даже технически бессмысленным. Но и полным прекращением этого развития уже нельзя остановить расширяющееся радиоактивное заражение окружающей среды. Дело дошло до того, что предложение академика А.Д.Сахарова (вдохновлённого сталинской мыслью «нет человека – нет проблемы») хоронить АЭС сразу, еще перед запуском их в работу, теперь принято рассматривать не как сомнительный академический анекдот, а в качестве единственно реальной альтернативы очередному Чернобылю.

 

      2. Метод (технология) остекловывания РАО. 

     Остекловывание – признанный в мировой практике метод обращения с РАО высокой активности. Его использование позволяет значительно сократить объем отходов и получить форму РАО, устойчивую к воздействию факторов окружающей среды и пригодную для долговременного хранения.

     Технология  остекловывания используется для иммобилизации  отходов высокого уровня активности уже более 40 лет. Стеклянная матрица обладает высокой емкостью к иммобилизации различных радионуклидов и долговременной устойчивостью. В последние годы технология остекловывания интенсивно разрабатывается для иммобилизации отходов низкого и среднего уровня активности. В Хэнфорде, США, строится завод по остекловыванию низкоактивных отходов, причем ожидаемый суммарный объем стекла с отходами будет более 200 тыс. куб. м. В Таежуне, Южная Корея вводится в эксплуатацию завод по остекловыванию низкоактивных отходов АЭС. В Сергиевом Посаде, Россия с 1999 года также работает установка по остекловыванию низко - и среднеактивных отходов.

     ХАРАКТЕРИСТИКИ  СТЕКЛА

     Способность стекла включать в свой состав широкий  спектр элементов связана с его строением. Стеклообразное состояние вещества образуется при затвердевании переохлажденных расплавов и является твердотельной разновидностью аморфного состояния. Основу наиболее распространенного и практически важного класса оксидных стекол составляют оксиды - стеклообразователи, сравнительно легко превращающиеся в стекло: диоксид кремния, оксиды бора и фосфора. В полимерном каркасе из радикалов SiO2, В2O3, Р2O3 растворены ионы-модификаторы, обычно оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, способствующих, как правило, снижению температуры плавления стекла и уменьшению вязкости расплава. В зависимости от состава стекла, некоторые из этих оксидов могут выступать и в роли стеклообразователей, т.е. входить в структурный каркас стекла. Наличие в составе стекла более одного стеклообразователя приводит к образованию смешанного каркаса. Преобладание ковалентных связей обуславливает полимерное строение стекла и приводит к пониженной летучести его компонентов, а также обуславливает относительно низкие коэффициенты диффузии в стекле.

     Существует  два механизма фиксации радионуклидов  из отходов (рис. 1): прямой, когда радионуклиды входят в структуру стекла либо как стеклообразователи, либо как модификаторы и косвенный, когда радионуклиды содержатся во включениях окруженных стекломатрицей. 

     

     Рис. 1. Механизмы включения радионуклидов  в остеклованном продукте. Слева  –относительно однородный стеклопродукт  фиксирует радионуклиды в структуру стекла. Справа – радионуклиды содержатся во включениях. 

     На  самом деле остеклованные радиоактивные  отходы всегда содержат то или иное количество включений, так что оба механизма иммобилизации реализуются одновременно.

     К числу основных характеристик, определяющих выбор стекол в качестве матрицы при отверждении жидких отходов, относят:

     (1) достаточно высокую химическую  устойчивость к выщелачивающему  действию воды;

     (2) термическую и радиационную стойкость,  гарантирующую отсутствие газовыделения и перехода радионуклидов в газовую фазу;

     (3) механическую прочность;

     (4) возможность включения в структуру  стекла отходов, значительно различающихся по своему химическому составу;

     (5) возможность обеспечения максимального  концентрирования в процессе отверждения, благодаря чему происходит сокращение объема РАО

     (6) наличие хорошо разработанной  технологии получения стекла.

     Наибольшее  распространение для иммобилизации  как высокоактивных, так и низко- и среднеактивных отходов получили боросиликатные стекла, основу которых составляют кремниево-кислородный трехмерный каркас, а бор играет роль модификатора , понижающего температуру варки и увеличивающего прочность стекла.

     ТЕХНОЛОГИИ  ОСТЕКЛОВЫВАНИЯ

     Процесс включения радиоактивных отходов  в стекло предусматривает предварительное смешивание их в виде кальцинированного порошка или шлама со стеклообразующими материалами (флюсом) и последующим плавлении полученной смеси (шихты). Cтеклообразующие добавки и отходы могут подаваться в плавитель отдельными потоками, соотношение которых поддерживается на уровне, обеспечивающем получение стекла заданного химического состава. Для плавления стекла обычно используют прямой джоулевый обогрев электрическим током, протекающим через расплав, или обогрев расплава индукционными токами высокой частоты. Принципиальная схема технологии остекловывания показана на рисунке 2.

     При разработке составов стекол для отверждения  РАО с целью получения высокостойкого продукта учитывают следующие факторы: флюс не должен содержать легколетучих компонентов и быть дорогостоящим; вязкость расплава при температуре варки должна составлять 2−10 Па, а его электропроводность − обеспечивать возможность выбора источника электронагрева. Температуру получения стеклообразных материалов (варки) определяют для каждого конкретного состава РАО, при этом учитывают такие факторы, как полнота разложения термически неустойчивых соединений, степень гомогенизации, достижение нужной для выбранного аппаратурного оформления вязкости расплава, степень аэрозолеобразования и перехода радионуклидов в газовую фазу. Варка боросиликатного стекла обычно проводится при температуре 1150−1250°С. 

     

     Рис.2. Принципиальная схема технологии остекловывания ЖРО. 

     Важной  частью установок остекловывания является система газоочистки, очищающая отходящие газы из плавителей как от радионуклидов, так и химических загрязнителей.

     Сокращение  объема при остекловывании составляет 4,2 4,5. Унос наиболее летучего радиоактивного компонента отходов 134,137Cs не выше 3,5 %.

     В качестве флюсующих добавок при  получении силикатных стекол с РАО используют кремнезем, оксид алюминия, борный ангидрит, борную кислоту, при необходимости соединения лития или натрия. Флюсующими материалами могут служить природные материалы: датолитовый концентрат, различные глины, кварцевый песок. В результате переработки РАО с использованием силикатных стеклообразователей кроме стекол, не содержащих заметных кристаллических соединений, могут быть получены материалы других типов: стеклокомпозиционные и плавленные, напоминающие по своей структуре базальты – поликристаллические микрогетерогенные тела.

     Кроме боросиликатных стекол для иммобилизации  РАО используются фосфатные стекла с более низкой температурой варки (900−1000ºС), при получении которых к отходам добавляют фосфорную кислоту или фосфаты. Фосфатные стекла обладают более высокой способностью растворять оксиды металлов − компонентов отходов, в том числе MoO3, NaCl, NaSO4 (в случае боросиликатных стекол превышение пределов растворимости содержания в отходах сульфатов и хлоридов приводит к серьезной технологической проблеме: образованию на поверхности расплава отдельной фазы, так называемого хальмоза, обогащенного радионуклидами и обладающего высокой реактивностью). К недостаткам фосфатных стекол можно отнести более высокую склонность к расстекловыванию (кристаллизации), приводящую к снижению химической стойкости, повышенному уносу рутения из расплава. Кроме того, фосфатные расплавы обладают высоким коррозионным воздействием на керамические огнеупоры.