RU2214013C2 - Method for decontaminating radioactive wastes - Google Patents
Method for decontaminating radioactive wastes Download PDFInfo
- Publication number
- RU2214013C2 RU2214013C2 RU2001119353A RU2001119353A RU2214013C2 RU 2214013 C2 RU2214013 C2 RU 2214013C2 RU 2001119353 A RU2001119353 A RU 2001119353A RU 2001119353 A RU2001119353 A RU 2001119353A RU 2214013 C2 RU2214013 C2 RU 2214013C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid medium
- radioactive
- liquid
- waste
- cavitation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ядерной физики, а точнее к способам обработки радиоактивных отходов, являющихся побочным продуктом атомной энергетики. The invention relates to the field of nuclear physics, and more specifically to methods for processing radioactive waste, which are a by-product of nuclear energy.
Под радиоактивностью понимают самопроизвольное превращение неустойчивого изотопа химического элемента в другой изотоп, как правило, другого элемента. Сущность радиации состоит в спонтанном изменении состава атомного ядра, находящегося в основном состоянии, либо в возбужденном, долгоживущем (метастабильном) состоянии. Все известные типа радиоактивных превращений являются следствием фундаментальных взаимодействий микромира: сильных воздействий (ядерные силы) или слабых взаимодействий, первые ответственны за превращения, сопровождающиеся испусканием ядерных частиц, γ-изучений, или осколков деления ядер, вторые проявляются в β-распаде ядер. Для процесса радиоактивного распада ядер характерен экспоненциальный закон уменьшения во времени среднего числа активных ядер. Обычно продолжительность жизни радиоактивных ядер характеризуют периодом полураспада - промежутком времени Т/2, на протяжение которого число радиоактивных ядер уменьшится в среднем вдвое. Как природные радиоактивные элементы, так и искусственные, имеют продолжительность жизни, исчисляемую от миллиардов лет (238U) до долей секунды (209Т1). By radioactivity is meant the spontaneous conversion of an unstable isotope of a chemical element into another isotope, usually another element. The essence of radiation consists in a spontaneous change in the composition of an atomic nucleus in the ground state, or in an excited, long-lived (metastable) state. All known types of radioactive transformations are the result of fundamental interactions of the microworld: strong influences (nuclear forces) or weak interactions, the former are responsible for transformations accompanied by the emission of nuclear particles, γ-studies, or nuclear fission fragments, the latter are manifested in β-decay of nuclei. The process of radioactive decay of nuclei is characterized by an exponential law of decrease in time of the average number of active nuclei. Typically, the life span of a radioactive nucleus is characterized by a half-life - a T / 2 time span, during which the number of radioactive nuclei will be halved on average. Both natural radioactive elements and artificial ones have a life expectancy of billions of years (238U) to fractions of a second (209T1).
К радиоактивным отходам относятся жидкие, твердые и газообразные вещества, содержащие радиоактивные изотопы в концентрациях, превышающих нормы, утвержденные в данной стране. Radioactive waste includes liquid, solid and gaseous substances containing radioactive isotopes in concentrations exceeding the norms approved in this country.
Жидкие радиоактивные отходы образуются в процессе эксплуатации атомных электростанций (АЭС), регенерации ядерного горючего и отработанных тепловыделяющих элементов и использования различных источников радиоактивного излучения в науке, технике, медицине. Жидкие радиоактивные отходы по своей активности делятся на три категории: низкого уровня с удельной активностью не более 10-5 кюри/л, среднего - от 10-5 до 1 кюри/л и высоко активные отходы - выше 1 кюри/л. Свыше 99,9% всей возникающей в процессе эксплуатации АЭС активности при регенерации ядерного топлива переходит в жидкие высокоактивные отходы, которые могут быть концентрированы до небольших объемов. К твердым радиоактивным отходам относятся не поддающиеся отмывке загрязненные материалы, в частности фрагменты металлических или бетонных строительных конструкций, использованная спецодежда и др. На объектах атомной промышленности и АЭС возможны выбросы, содержащие летучие соединения радиоактивных изотопов, таких как 131J, 129J, а также образование радиоактивных аэрозолей.Liquid radioactive waste is generated during the operation of nuclear power plants (NPPs), the regeneration of nuclear fuel and spent fuel elements and the use of various sources of radioactive radiation in science, technology, and medicine. Liquid radioactive waste in its activity is divided into three categories: low level with a specific activity of not more than 10 -5 curie / l, medium - from 10 -5 to 1 curie / l and highly active waste - above 1 curie / l. Over 99.9% of all activity arising during the operation of a nuclear power plant during the regeneration of nuclear fuel goes into liquid high-level waste, which can be concentrated to small volumes. Solid radioactive waste includes non-washable contaminated materials, in particular fragments of metal or concrete building structures, used work clothing, etc. At nuclear facilities and nuclear power plants, emissions containing volatile compounds of radioactive isotopes such as 131J, 129J, as well as the formation of radioactive aerosol.
Под воздействием инициирующего излучения, испускаемого радиоактивными элементами (отходами), происходят изменения в жизнедеятельности и структуре живых организмов - в этом основная опасность всех радиоактивных веществ. Последние загрязняют биосферу, попадая в атмосферу, гидросферу, почву в результате ядерных взрывов, разработки радиоактивных руд, при авариях на атомных предприятиях и т.д. Особую опасность представляет аккумуляция радиоактивных веществ в биологических объектах, сопровождающаяся повышением их концентрации по сравнению с содержанием этих веществ в окружающей среде. Возрастающая роль ядерной энергетики в жизни человеческого общества постоянно ставит новые проблемы защиты от радиоактивных веществ. Under the influence of initiating radiation emitted by radioactive elements (waste), changes in the life activity and structure of living organisms occur - this is the main danger of all radioactive substances. The latter pollute the biosphere, getting into the atmosphere, hydrosphere, soil as a result of nuclear explosions, the development of radioactive ores, in accidents at nuclear plants, etc. Of particular danger is the accumulation of radioactive substances in biological objects, accompanied by an increase in their concentration compared to the content of these substances in the environment. The growing role of nuclear energy in the life of human society constantly poses new problems of protection against radioactive substances.
В настоящее время созданы и практически воплощены десятки технологий по дезактивации радиоактивных отходов, которые условно можно разделить на два основных вида: активный и пассивный. К первому относятся методы абсорбции, адсорбции, ионообмена, биологические, прокаливание, флокуляции, перегонки и т. п., ко второму - хранение в резервуарах или устойчивой твердой среде, путем растворения в морских течениях, удаление твердых радиоактивных отходов в космическое пространство. At present, dozens of technologies for the decontamination of radioactive waste have been created and practically implemented, which can conditionally be divided into two main types: active and passive. The first includes methods of absorption, adsorption, ion exchange, biological, calcination, flocculation, distillation, etc., the second - storage in tanks or a stable solid medium, by dissolving in sea currents, removing solid radioactive waste into outer space.
Все перечисленные методы борьбы с радиоактивными отходами кардинально не решают проблемы их нейтрализации. All of the above methods of dealing with radioactive waste do not fundamentally solve the problem of their neutralization.
Известно, что, проходя через вещество, γ-квант или быстрые частицы (α-частицы, электроны, протоны, нейтроны и др.), вызывают его ионизацию или возбуждение. Происходят столкновения быстрой заряженной частицы с молекулами вещества, отчего кинетическая энергия частицы передается молекулам, что приводит к изменению их энергетического состояния. Возникает большое число активированных молекул, находящихся в различных состояниях возбуждения. Возбужденные молекулы и атомы нестабильны и происходит их распад, либо они вступают во взаимодействие с окружающими молекулами. В результате образуются ионы, атомы и радикалы, т.е. промежуточные частицы радиационно-химических реакций, которые также являются нестабильными. Увеличение интенсивности возбуждения или ионизации ведут к распаду и промежуточных частиц, увеличивая степень дезактивации. В конечном итоге, задача сводится к сообщению молекулам и атомам вещества некоторой избыточной энергии (энергии активации), которая позволит им преодолеть так называемый энергетический барьер внутренних связей. Для реакций активных частиц между собой или молекулами энергетический барьер очень мал. Особенно эффектно протекают реакции с рекомбинацией электронов и положительных ионов атомов и радикалов друг с другом, а также реакции положительных ионов с молекулами. Эти элементарные процессы, как правило, приводят к распаду молекул или крупных ионов. It is known that, passing through matter, a γ-quantum or fast particles (α-particles, electrons, protons, neutrons, etc.), cause its ionization or excitation. Collisions of a fast charged particle with the molecules of the substance occur, which is why the kinetic energy of the particle is transferred to the molecules, which leads to a change in their energy state. A large number of activated molecules appear, which are in various states of excitation. Excited molecules and atoms are unstable and they decay, or they interact with surrounding molecules. As a result, ions, atoms and radicals are formed, i.e. intermediate particles of radiation-chemical reactions, which are also unstable. An increase in the intensity of excitation or ionization leads to the decay of intermediate particles, increasing the degree of deactivation. Ultimately, the task is reduced to informing the molecules and atoms of the substance of some excess energy (activation energy), which will allow them to overcome the so-called energy barrier of internal bonds. For the reactions of active particles between themselves or molecules, the energy barrier is very small. Particularly spectacular are reactions with the recombination of electrons and positive ions of atoms and radicals with each other, as well as reactions of positive ions with molecules. These elementary processes, as a rule, lead to the decay of molecules or large ions.
В настоящее время в качестве источников ионизирующего или возбуждающего излучения используют радиоактивный кобальт, излучающий γ-лучи с энергией выше 1 МэВ. Широкое применение получили ускорители электронов, благодаря высокой интенсивности излучения и возможности управления ими. Разработаны также способы непосредственного использования γ-излучения с энергией до 10 МэВ ядерных реакторов, состоящие из генератора активности, облучателя радиационной установки, а также соединяющих коммуникаций и устройств для перемещения по контуру рабочего вещества. В результате захвата нейтронов в генераторе, расположенном в активной зоне ядерного реактора или вблизи от нее, рабочее вещество ионизируется, а γ-излучение образовавшихся изотопов, используется затем в облучателе для совершения акта превращения, или распада обрабатываемого вещества. Currently, radioactive cobalt emitting gamma rays with energies above 1 MeV is used as sources of ionizing or exciting radiation. Electron accelerators are widely used due to the high radiation intensity and the ability to control them. Methods have also been developed for the direct use of γ-radiation with an energy of up to 10 MeV of nuclear reactors, consisting of an activity generator, an irradiator of a radiation installation, as well as connecting communications and devices for moving along the contour of the working substance. As a result of neutron capture in the generator located in or near the core of the nuclear reactor, the working substance is ionized, and the γ-radiation of the formed isotopes is then used in the irradiator to perform the act of conversion, or decay of the processed substance.
Таким образом, для осуществления процесса дезактивации возбужденных молекул и атомов, к которым относятся и радиоактивные отходы, необходим сторонний источник энергии, в частности γ-излучения с энергией до 10 МэВ. Наиболее подходящим для этого является ядерный нейтронный реактор, устройство которого описано выше. Однако сложность конструкции реактора, опосредованный метод получения γ-излучения воздействия на обрабатываемое вещество, проблемность в управлении процессом возбуждения препятствуют широкому применению для целей массированной дезактивации радиоактивных отходов этого, считающегося перспективным, источника γ-излучения. Thus, to carry out the process of deactivation of excited molecules and atoms, which include radioactive waste, an external energy source, in particular γ radiation with an energy of up to 10 MeV, is required. The most suitable for this is a nuclear neutron reactor, the device of which is described above. However, the complexity of the design of the reactor, the indirect method of obtaining γ-radiation exposure to the processed substance, the difficulty in controlling the excitation process hinder the widespread use for the purpose of massive decontamination of radioactive waste this, considered promising source of γ-radiation.
В качестве ближайшего аналога заявляемому изобретению выбрано техническое решение, описанное в патенте РФ 2075126. Оно относится к способу переработки (утилизации) радиоактивно загрязненного оборудования и комплексу для его осуществления. As the closest analogue to the claimed invention, the technical solution described in the patent of the Russian Federation 2075126 is selected. It relates to a method for the processing (disposal) of radioactively contaminated equipment and a complex for its implementation.
Сущность решения состоит в том, что осуществляют последовательно фрагментацию оборудования и индукционную переплавку в присутствии отшлаковывающих флюсов с отделением образовывающегося радиоактивно загрязненного шлака от расплавленного металла и отверждением последнего. Перед фрагментацией оборудования производят жидкостную дезактивацию его в сборе, а после фрагментации - жидкостную дезактивацию фрагментов. После этого осуществляют термическую дезактивацию фрагментов путем выжигания горючих материалов, расплавления этих металлов. Поверхность оборудования прокаливают и отделяют окалину. После термической дезактивации фрагменты сортируют и отправляют на индукционную переплавку. Образовавшиеся в ходе переработки газы отводят на обезвреживание и очистку [1]. The essence of the solution is that the equipment is fragmented sequentially and induction remelting is carried out in the presence of slag fluxes, separating the resulting radioactively contaminated slag from the molten metal and curing the latter. Before fragmentation of the equipment, liquid complete decontamination is performed, and after fragmentation, liquid deactivation of fragments is performed. After that, thermal deactivation of the fragments is carried out by burning combustible materials and melting these metals. The surface of the equipment is calcined and the scale is separated. After thermal deactivation, the fragments are sorted and sent for induction remelting. Gases formed during processing are diverted to neutralization and purification [1].
Достигаемый технический эффект - очистка радиоактивно загрязненных металлических частей оборудования до уровня, позволяющего осуществить возврат вторичных металлов в хозяйственный оборот, и сокращение объема радиоактивных отходов, подлежащих захоронению. The technical effect achieved is the purification of radioactively contaminated metal parts of the equipment to a level that allows the return of secondary metals into economic circulation, and the reduction in the amount of radioactive waste to be disposed of.
Достоинством аналога является то, что он позволяет значительно сократить объем радиоактивных отходов, отделив от них металлическую часть оборудования для дальнейшей утилизации, сведя их в конечном итоге, к незначительному объему радиоактивного шлака, который захоранивают любым известным способом. The advantage of the analogue is that it can significantly reduce the amount of radioactive waste, separating from them the metal part of the equipment for further disposal, reducing them ultimately to a small amount of radioactive slag, which is disposed of by any known method.
Таким образом, решая задачу утилизации загрязненного радиоактивностью технологического оборудования, описанный способ не снимает проблемы самих радиоактивных отходов, в плане их дезактивации, не говоря уже об их утилизации. Thus, solving the problem of disposal of technological equipment contaminated with radioactivity, the described method does not remove the problems of the radioactive waste itself, in terms of their decontamination, not to mention their disposal.
Целью изобретения является создание условий для получения ионизирующего излучения с уровнем энергии, достаточным для преодоления энергетического барьера связей внутри ядер молекул и атомов радиоактивных отходов, разрушения их и утилизации тепловой энергии, выделяющейся в процессе дезактивации. The aim of the invention is to create conditions for obtaining ionizing radiation with an energy level sufficient to overcome the energy barrier of bonds inside the nuclei of molecules and atoms of radioactive waste, their destruction and utilization of thermal energy released during the decontamination process.
Цель изобретения достигается за счет того, что жидкие и/или твердые радиоактивные отходы помещают в жидкую среду, в качестве которой возможно использование собственно жидких отходов, и активизируют их путем воздействия кавитацией, генерируемой любым известным способом. При этом кавитацию осуществляют изменением объема жидкой среды путем приложения к ней циклической знакопеременной нагрузки в вибрационном режиме с частотой не менее 1 Гц. Степень активации отходов регулируют изменением интенсивности кавитационного процесса, регулируя амплитуду изменения объема жидкой среды. Процесс активации отходов ведут в режиме рециркуляции жидкой среды с ее постоянным охлаждением. Для регулирования процесса активации в жидкую среду вводят радиоактивные вещества (изотопы) с меньшим периодом полураспада, чем у отходов, или графит в виде порошка. В качестве жидкой среды возможно использование расплавленного металла, например лития. The purpose of the invention is achieved due to the fact that liquid and / or solid radioactive waste is placed in a liquid medium, which can be used as the actual liquid waste, and activate them by exposure to cavitation generated by any known method. In this case, cavitation is carried out by changing the volume of the liquid medium by applying to it a cyclic alternating load in vibration mode with a frequency of at least 1 Hz. The degree of activation of the waste is regulated by changing the intensity of the cavitation process, adjusting the amplitude of the change in the volume of the liquid medium. The process of waste activation is carried out in the recirculation mode of the liquid medium with its constant cooling. To regulate the activation process, radioactive substances (isotopes) are introduced into the liquid medium with a shorter half-life than waste, or graphite in the form of a powder. As a liquid medium, molten metal, for example lithium, can be used.
Сущность изобретения подтверждается тем, что при осуществлении кавитации в жидкой среде, содержащей радиоактивные отходы, в частности объемной кавитации, в процессе которой жидкую среду растягивают, увеличивая ее объем от первоначального настолько, что образуются пузырьки диаметром 100-150 мкм, которые, при снятии напряжения растяжения резко, менее, чем за 1 мкс, схлопываются. При этом в момент схлопывания пузырьков их стенки под действием разности давлений, действующих на кавитационный пузырек изнутри и снаружи, ускоряются, приобретая кинетическую энергию, и сталкиваются в центре. The invention is confirmed by the fact that when cavitation is carried out in a liquid medium containing radioactive waste, in particular volume cavitation, during which the liquid medium is stretched, increasing its volume from the initial one so that bubbles with a diameter of 100-150 microns are formed, which, when stress is removed stretches sharply, in less than 1 μs, collapse. Moreover, at the moment of collapse of the bubbles, their walls under the action of the pressure difference acting on the cavitation bubble from the inside and outside, accelerate, acquiring kinetic energy, and collide in the center.
Величина приобретенной кинетической энергии оказывается достаточной для разрыва связей между нуклонами в молекулах и атомах радиоактивных отходов, преодоления сил отталкивания ядер и осуществления взаимодействия между элементарными частицами, содержащимися в ядрах отходов. В результате в локальной области вещества в момент исчезновения кавитационного пузырька (схлопывания) происходят ядерные реакции с выделением большого количества энергии. Следует отметить, что ядерные реакции сопровождаются γ+β-излучениями [2], с энергией, достигающей 6,0 МэВ [3]. The magnitude of the kinetic energy acquired is sufficient to break the bonds between the nucleons in the molecules and atoms of the radioactive waste, to overcome the repulsive forces of the nuclei and to carry out the interaction between the elementary particles contained in the nuclei of the waste. As a result, in the local area of matter at the moment of the disappearance of the cavitation bubble (collapse), nuclear reactions occur with the release of a large amount of energy. It should be noted that nuclear reactions are accompanied by γ + β radiation [2], with an energy reaching 6.0 MeV [3].
Наличие потока элементарных частиц (протоны, нейтроны), который сопровождается достаточно мощным γ+β-излучениями приводит к тому, что энергия возбуждения передается молекулам и атомам радиоактивных отходов, находящихся в непосредственной близости от кавитационного пузырька (в зоне схлопывания) и имеющим изначально высокую степень возбуждения в силу своей природы. Суммирование внутренней энергии с энергией внешнего ионизирующего воздействия в конечном итоге приводит либо к распаду радиоактивных молекул или атомов, либо к переходу в основное состояние, либо к образованию изотопов с меньшим периодом полураспада. Распадающиеся молекулы радиоактивных отходов, как и образовавшиеся изотопы, являются сами источниками ионизирующего излучения, чем резко увеличивают энергию возбуждения, воздействуя по типу цепной реакции с окружающими молекулами и атомами отходов. The presence of a stream of elementary particles (protons, neutrons), which is accompanied by sufficiently powerful γ + β-radiation, leads to the fact that the excitation energy is transferred to the molecules and atoms of radioactive waste located in the immediate vicinity of the cavitation bubble (in the collapse zone) and having an initially high degree excitement by virtue of its nature. The summation of the internal energy with the energy of the external ionizing effect ultimately leads either to the decay of radioactive molecules or atoms, or to the transition to the ground state, or to the formation of isotopes with a shorter half-life. The decaying molecules of radioactive waste, as well as the formed isotopes, are the sources of ionizing radiation themselves, thereby sharply increasing the excitation energy, acting as a chain reaction with surrounding molecules and waste atoms.
На фиг. 1 дано схематическое изображение установки для дезактивации и утилизации радиоактивных отходов. In FIG. 1 is a schematic representation of a facility for the decontamination and disposal of radioactive waste.
На фиг.2 дано осевое сечение элемента технологической установки. Figure 2 shows the axial section of the element of the technological installation.
Технологическая установка 1 включает емкость 2, в которой установлены с зазором друг относительно друга поочередно подвижные и неподвижные диски 3 и 4 соответственно. Первые жестко связаны со штоком 5 силового виброрезонансного двигателя 6 и имеют кольцевые зазоры с внутренними стенками емкости 2. Вторые жестко связаны с указанными стенками и имеют зазор со штоком 5. Емкость 2 с выходным трубопроводом 7 и входным - 8, а также змеевиком 9 образуют замкнутую герметичную систему с возможностью рециркуляции по ней жидкой среды. Насос, осуществляющий рециркуляцию, как загрузочные и разгрузочные отверстия на чертеже не показаны. В выходном трубопроводе 7 установлен детектор радиометра 10, а во входном трубопроводе - детектор 11 температуры охлаждающей воды в теплообменнике 12. Оба детектора электрически связаны с блоком управления виброрезонансного двигателя 6. Technological installation 1 includes a container 2, in which alternately movable and fixed disks 3 and 4 are installed with a gap relative to each other, respectively. The first are rigidly connected to the rod 5 of the power resonant motor 6 and have annular gaps with the inner walls of the tank 2. The second are rigidly connected to the indicated walls and have a gap with the rod 5. The tank 2 with the output pipe 7 and the input pipe 8, and also the coil 9 form a closed sealed system with the possibility of recirculation through it of a liquid medium. The recirculating pump, as loading and unloading holes in the drawing is not shown. A detector of a radiometer 10 is installed in the outlet pipe 7, and a detector of cooling water temperature 11 in the heat exchanger 12 is installed in the inlet pipe. Both detectors are electrically connected to the control unit of the vibroresonant engine 6.
Реализуется предлагаемый способ следующим образом. Implemented the proposed method as follows.
Твердые радиоактивные отходы, предварительно раздробленные до фракции не более 1 мм, соединяются с жидкой средой, например водой, образуя грубую суспензию. В качестве жидкой среды могут быть использованы и жидкие отходы, разбавленные той же водой до определенной концентрации. Количество, а точнее объем, приготовленной суспензии должен соответствовать суммарному объему всех внутренних полостей установки 1, включая трубопроводы и змеевик. Первоначально, включают виброрезонансный двигатель 6 и дают ему работать на холостом ходу, после чего, не выключая установки, заливают суспензию в емкость 2 через загрузочное отверстие, расположенное в верхней части этой емкости. Solid radioactive waste, previously crushed to a fraction of not more than 1 mm, combines with a liquid medium, such as water, forming a coarse suspension. As a liquid medium, liquid waste diluted with the same water to a certain concentration can also be used. The amount, or rather the volume, of the prepared suspension should correspond to the total volume of all internal cavities of the installation 1, including pipelines and a coil. Initially, they turn on the vibration-resonant engine 6 and allow it to idle, after which, without turning off the unit, pour the suspension into the container 2 through the loading hole located in the upper part of this container.
После заливки 2/3 объема суспензии включают насос, который под давлением заполняет емкость полностью и начинает работать в режиме рециркуляции жидкой среды в пределах всей установки 1. При этом двигатель 6 путем специальной регулировки выводится на резонансный режим, совершая возвратно-поступательные перемещения штоком 5 и связанным с ним подвижными дисками 3. В процессе колебательного движения последних в полостях, образуемых парами неподвижных дисков 4, при определенных величинах амплитуды А (см. фиг.2) этих колебаний, над и под подвижными дисками 3, в зависимости от фазы движения образуется разрежение, вызывающее в жидкой среде рост кавитационных пузырьков и их последующее схлопывание. After pouring 2/3 of the volume of the suspension, the pump is turned on, which under pressure fills the tank completely and starts to operate in the recirculation mode of the liquid medium throughout the entire installation 1. In this case, the engine 6 is brought out to the resonance mode by special adjustment, making reciprocating movements with the rod 5 and associated with it moving disks 3. In the process of oscillatory movement of the latter in the cavities formed by pairs of fixed disks 4, at certain amplitude values A (see figure 2) of these oscillations, above and below the movable disks 3, depending on the phase of motion, a vacuum forms, causing the growth of cavitation bubbles in the liquid medium and their subsequent collapse.
Радиоактивные изотопы, содержащиеся в суспензии, окажутся под воздействием температурных и силовых факторов кавитации, которые в соответствии с вышеописанным механизмом вызовут полное или частичное разрушение молекул и атомов этих изотопов, стимулируя появление потока элементарных частиц (α-частиц, протонов, нейтронов), а также γ+β-излучения [3]. Так как длина пробега γ-кванта до ближайшей молекулы или атома в жидкой среде минимальна, то вся энергия γ-излучения в совокупности с потоком элементарных частиц создаст мощный импульс возбуждения для ближайших молекул и атомов радиоактивных изотопов, вызывая их распад или промежуточные превращения с последующим распадом. The radioactive isotopes contained in the suspension will be influenced by the temperature and force factors of cavitation, which, in accordance with the above mechanism, will cause the complete or partial destruction of the molecules and atoms of these isotopes, stimulating the appearance of a stream of elementary particles (α-particles, protons, neutrons), and γ + β radiation [3]. Since the path length of a γ quantum to the nearest molecule or atom in a liquid medium is minimal, all the energy of γ radiation in combination with a stream of elementary particles will create a powerful excitation pulse for the nearest molecules and atoms of radioactive isotopes, causing their decay or intermediate transformations with subsequent decay .
В связи с тем, что кавитация идет в вибрационном режиме и плотность кавитационного поля и его энергонасыщенность высока, есть основания считать, что по меньшей мере 50% радиоактивных отходов утратит свою активность за счет распада и перехода на более стабильный и менее энергетический уровень. В конечном итоге, длительная обработка отходов в установке может свести уровень остаточной радиации к минимуму. Due to the fact that cavitation is in vibration mode and the density of the cavitation field and its energy saturation are high, there is reason to believe that at least 50% of the radioactive waste will lose its activity due to decay and a transition to a more stable and less energy level. Ultimately, long-term waste treatment in a facility can minimize residual radiation.
Кроме того, предложенная конструкция установки обладает значительной технологической гибкостью, т. е. за счет способности изменения амплитуды А колебания дисков 3 возможно регулирование амплитуды изменения объема среды в кавитационном режиме между дисками 3 и 4, что дает возможность, в свою очередь, изменять интенсивность кавитационного процесса, изменять величину возбуждения или активации отходов. Это достигается системой управления виброрезонансным двигателем 6 по результатам измерения радиоактивности и выходной температуры охлаждающей жидкости соответствующими детекторами 10 и 11. In addition, the proposed design of the installation has significant technological flexibility, i.e., due to the ability to change the amplitude A of the oscillations of the disks 3, it is possible to control the amplitude of the change in the volume of the medium in the cavitation mode between disks 3 and 4, which makes it possible, in turn, to change the intensity of the cavitation process, change the magnitude of the excitation or activation of the waste. This is achieved by the control system of the vibration-resonant engine 6 according to the results of measuring the radioactivity and the outlet temperature of the coolant by the respective detectors 10 and 11.
Кроме того, тот же результат может быть достигнут и изменением частоты приложения циклической знакопеременной нагрузки к жидкой среде со стороны подвижных дисков 3. Эта частота может регулироваться от 1 до 400 Гц. Другим способом регулирования процесса возбуждения может служить введение в жидкую среду изотопов с меньшим периодом полураспада, а значит, и с меньшим уровнем энергетики внутренних связей, что в конечном итоге позволяет снизить уровень кавитационного воздействия для получения необходимого ионизирующего потока элементарных частиц и излучений. По мнению авторов, использование в качестве жидкой среды расплавленного металла, например лития, способно увеличить эффективность кавитации, за счет увеличения вязкости жидкой фазы. In addition, the same result can be achieved by changing the frequency of application of a cyclic alternating load on the liquid medium from the side of the movable disks 3. This frequency can be adjusted from 1 to 400 Hz. Another way to regulate the excitation process can be the introduction of isotopes into the liquid medium with a shorter half-life and, therefore, with a lower level of energy of internal bonds, which ultimately reduces the level of cavitation to obtain the necessary ionizing flux of elementary particles and radiation. According to the authors, the use of molten metal, such as lithium, as a liquid medium, can increase the efficiency of cavitation by increasing the viscosity of the liquid phase.
Так как распад радиоактивных изотопов связан с большим выделением тепловой энергии, то в совокупности с установкой 1 предусмотрен теплообменник 12, внутри которого размещен змеевик 9, омываемый проточным теплоносителем, например водой. Отобранное тепло может быть использовано для бытовых и промышленных целей. В связи с тем, что интенсивность кавитационного воздействия на радиоактивные отходы велика и энергия возбуждения может вызывать ядерные процессы, близкие к цепным, в жидкую среду можно ввести замедлитель этих процессов в виде графитового порошка. Since the decay of radioactive isotopes is associated with a large release of thermal energy, in conjunction with installation 1, a heat exchanger 12 is provided, inside which a coil 9 is placed, washed by a flowing heat carrier, for example water. The selected heat can be used for domestic and industrial purposes. Due to the fact that the intensity of cavitation effects on radioactive waste is high and the excitation energy can cause nuclear processes close to chain processes, a moderator of these processes in the form of graphite powder can be introduced into a liquid medium.
Обобщая и оценивая возможные результаты предлагаемого способа можно утверждать, что, помимо дезактивации радиоактивных отходов и полезной утилизации выделяемой энергии, предлагаемый способ повышает КПД использования ядерного топлива вообще, "дожигая" его после отработки на АЭС. Summarizing and evaluating the possible results of the proposed method, it can be argued that, in addition to the decontamination of radioactive waste and useful utilization of the released energy, the proposed method increases the efficiency of the use of nuclear fuel in general, "afterburning" it after working out at nuclear power plants.
В настоящее время в НПП "ВРТ" разработаны технологические основы и базовая конструкция установки для дезактивации и утилизации радиоактивных отходов. Currently, NPP “VRT” has developed the technological basis and basic design of the installation for the decontamination and disposal of radioactive waste.
Источники информации
1. Патент РФ 2075126, кл. G 21 F 9/30. Способ переработки..., 10.03.1997.Sources of information
1. RF patent 2075126, cl. G 21 F 9/30. Processing method ..., 03/10/1997.
2. Патент 2054604, кл. F 24 J 3/00. Способ получения энергии, 20.02.1996. 2. Patent 2054604, cl. F 24 J 3/00. The method of obtaining energy, 02.20.1996.
3. Патент 2165054, кл. F 24 J 3/00. Способ получения тепла, 10.04.2001. 3. Patent 2165054, cl. F 24 J 3/00. The method of producing heat, 04/10/2001.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001119353A RU2214013C2 (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Method for decontaminating radioactive wastes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001119353A RU2214013C2 (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Method for decontaminating radioactive wastes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001119353A RU2001119353A (en) | 2003-03-20 |
| RU2214013C2 true RU2214013C2 (en) | 2003-10-10 |
Family
ID=31988254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001119353A RU2214013C2 (en) | 2001-07-13 | 2001-07-13 | Method for decontaminating radioactive wastes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2214013C2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075126C1 (en) * | 1993-02-21 | 1997-03-10 | Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения | Disassembled radioactively contaminated equipment reprocessing method and scheme for it realizing |
| US5965093A (en) * | 1994-07-08 | 1999-10-12 | Amphion International, Limited | Decontamination system with improved components |
| US6200486B1 (en) * | 1999-04-02 | 2001-03-13 | Dynaflow, Inc. | Fluid jet cavitation method and system for efficient decontamination of liquids |
| RU2166987C1 (en) * | 2000-01-10 | 2001-05-20 | ООО "Альфа-Компани" | Cavitation apparatus |
| RU2169404C2 (en) * | 1998-06-29 | 2001-06-20 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Device and method for cleaning metal surfaces from radioactive pollutants |
-
2001
- 2001-07-13 RU RU2001119353A patent/RU2214013C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2075126C1 (en) * | 1993-02-21 | 1997-03-10 | Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения | Disassembled radioactively contaminated equipment reprocessing method and scheme for it realizing |
| US5965093A (en) * | 1994-07-08 | 1999-10-12 | Amphion International, Limited | Decontamination system with improved components |
| RU2169404C2 (en) * | 1998-06-29 | 2001-06-20 | Научно-исследовательский институт высоких напряжений при Томском политехническом университете | Device and method for cleaning metal surfaces from radioactive pollutants |
| US6200486B1 (en) * | 1999-04-02 | 2001-03-13 | Dynaflow, Inc. | Fluid jet cavitation method and system for efficient decontamination of liquids |
| RU2166987C1 (en) * | 2000-01-10 | 2001-05-20 | ООО "Альфа-Компани" | Cavitation apparatus |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100948354B1 (en) | Radioactive Waste Destruction System and Method | |
| JP2002519678A (en) | Reformation of radioactive waste by induced radioactive decay | |
| CA2045809C (en) | Transmutation treatment of radioactive wastes | |
| RU2214013C2 (en) | Method for decontaminating radioactive wastes | |
| JP4750110B2 (en) | Radioactive waste disposal method | |
| Glushkov et al. | Frontiers in green radiochemistry: New optimized quantum approach to laser separation of isotopes and transmutation of radioactive waste | |
| KR102236311B1 (en) | Purification method for tritium-containing raw water and purification device therefor | |
| Uda et al. | Preliminary tritium safety analysis and problems with obtaining public consent to deuterium plasma experiments in the LHD | |
| JPH0886893A (en) | Complete combustion type nuclear reactor | |
| CN114503218A (en) | Method for decontaminating radioactively contaminated materials | |
| Arai et al. | Achievements and status of the STRAD project for radioactive liquid waste management | |
| Chernysh et al. | Modeling of innovation research clusters in the field of radioactive waste utilization | |
| RU2200353C1 (en) | Method for decontaminating radioactive wastes | |
| Darda | Multiphysics modeling, study, and analysis of atmospheric pressure plasma-based mass separation system for high-level radioactive waste treatment | |
| Delage et al. | Overview of graphite treatment processes in high temperature reactors | |
| JP2022037714A (en) | Stable volume reduction material for radioactive contaminants, and stable volume reduction method for radioactive contaminants | |
| Pavlenko et al. | Reduction of technology risk at NPP during radioactive waste management | |
| JPH0638119B2 (en) | Radioactive waste extinction processing device and extinction processing method | |
| JP2023041988A (en) | Method and apparatus for decomposing and removing tritium containing water | |
| Wang et al. | Pulsed activation analyses of the ITER blanket design options considered in the blanket trade-off study | |
| Chmielewski et al. | Removal of benzene from exhaust gases using electron beam from accelerator | |
| Avramenko et al. | Novel technology for hydrothermal treatment of NPP evaporator concentrates | |
| WO2011011293A1 (en) | A method of transmuting very long lived isotopes | |
| JP2006248821A (en) | Hydrogen production method by radiation-induced catalytic reaction using high-level radioactive waste as radiation source | |
| JP2018031639A (en) | Radioactivity removal method and apparatus using dudrido |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070714 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090714 |