RU2847785C1 - Способ дезактивации поверхностей защитного оборудования и операторских помещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способу дезактивации и может использоваться для дезактивации поверхностей, например металлических поверхностей защитного оборудования, в том числе используемых в «горячих» радиохимических лабораториях при работе с радиоактивными и ядерными материалами. Техническим результатом является быстрая очистка загрязненных поверхностей по альфа-излучающим радионуклидам в 40-350 раз, по бета-излучающим радионуклидам в 100-150 раз, с эффективным удерживанием радионуклидов в полимерной композиции. Дезактивацию загрязненных радионуклидами поверхностей проводят путем нанесения пленкообразующего гелеобразного состава, содержащего поливиниловый спирт, азотную или ортофосфорную кислоту, глицерин, трилон Б и поверхностно-активные вещества. С помощью используемого состава обеспечивается захват радионуклидов в образующейся защитной снимаемой пленке, формирование которой происходит в течение 24 ч от момента нанесения геля. 2 табл., 2 пр.

Description

Характеристика аналогов изобретения

В настоящее время для целей дезактивации защитного оборудования на радиохимических предприятиях, заводских и «горячих» научно-исследовательских лабораториях используются специальные кислотные и щелочные растворы. Для этих целей используются растворы различных составов, включая кислоты, щелочи, окислители, поверхностно-активные вещества, органические кислоты, комплексообразователи и другие реагенты в зависимости от объектов дезактивации и уровня загрязнений. Коррозионная оксидная пленка металлов является главным источником загрязнения оборудования и, по сути, основным объектом дезактивации. Дезактивация кислотами и щелочами сводится к удалению радионуклидов из оксидной пленки или к удалению самой пленки путем использования окислительно-восстановительных реагентов. Поверхностно-активные вещества смачивают обрабатываемую поверхность, молекулы ПАВ на обрабатываемой поверхности и на радиоактивных загрязнениях формируют адсорбционные слои, которые способны на 2–3 порядка снизить адгезию между радиоактивными частицами и загрязненной поверхностью. Причем адгезия ослабевает настолько, что некоторые радиоактивные загрязнения приобретают способность самопроизвольно переходить в дезактивирующий раствор. На второй стадии процесса дезактивации радиоактивные загрязнения должны находиться в объеме дезактивирующего раствора и удерживаться в нем. Для целей эффективного удерживания радионуклидов используют комплексообразователи, которые связывают радионуклид, находящийся в растворе в виде ионов. Несмотря на высокую эффективность дезактивации растворами основной недостаток штатных обмывок растворами поверхностей защитного оборудования и операторских помещений- большое количество образующихся жидких радиоактивных отходов, требующих их отверждения. Закачка больших объемов ЖРО в глубокие геологические формации допускается только на некоторых площадках использования объектов атомной энергии и в очень ограниченном объеме. В соответствии с п. 1 статьи 30 Федерального Закона № 190-ФЗ от 11.07.2011 «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» технические средства и организационные мероприятия, связанные с обращением с жидкими радиоактивными отходами должны обеспечивать их перевод в отвержденную форму, приведение в соответствие с критериями приемлемости и захоронение.

Среди широкого спектра разрабатываемых способов дезактивации в последнее время рассматривается дезактивация поверхностей полимерными пленочными составами. Дезактивация съемными полимерными составами позволяет при достаточной эффективности исключить образование вторичных ЖРО, зафиксировать радионуклиды в пленочной матрице, исключить риски разноса и миграции радионуклидов в окружающей среде, а также пыление и газовыделение при использовании других способов дезактивации.

Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является состав для очистки поверхности ( Патент РФ № 2127290 С1, .Состав для очистки поверхности. (Алексеев В. В., Зубарев В. А., Лихоманова А. И., Сорокин Н. М.) По состоянию на 02.07.2021 патент перешел в общественное достояние. Опубл. БИ 10.03.1999, весь текст) который был выбран в качестве прототипа. Предлагаемый состав может быть нанесен на металлические поверхности из конструкционной стали; поверхности, окрашенные масляными, алкидными, эпоксидными и другими лакокрасочными материалами, корозионностойкой стали, алюминиевые сплавы, вакуумную резину, пластикат, оргстекло, стекло. Состав наносят на вертикальные и горизонтальные поверхности и поверхности сложной конфигурации без предварительной подготовки.

Приготовление и нанесение состава. В водный раствор поливинилового спирта, приготовленный на водяной бане при температуре от 60 до 80°C и охлажденный до 40°C затем при перемешивании последовательно вводят сначала полимерное водорастворимое клеящее вещество, а затем все остальные компоненты согласно рецептуре. Приготовленную композицию процеживают через сито и наносят на поверхность всеми известными лакокрасочными методами. Перед нанесением композиции проводят измерение уровня исходного радиоактивного загрязнения поверхности.

Проведение работ по дезактивации, изоляции и локализации. Приготовленную композицию с рабочей вязкостью наносят на загрязненную поверхность методом пневмораспыления, а при необходимости - кистью или валиком. Сформировавшуюся пленку удаляют в случае дезактивационных работ. При локализации пленку удаляют при необходимости исходя из технологических потребностей. При изоляции чистых поверхностей время эксплуатации пленки составляет 6 месяцев.

Коэффициент дезактивации для альфа-излучателей для различных составов находился в диапазоне 150-340, для бета-излучателей от 400-850. Таким образом, состав для очистки поверхности № 2127290 С1 обладает хорошими дезактивирующими свойствами, однако для всех составов необходимо использовать глиоксаль жидкость которая затвердевает при 15 °С и кипит при 51 °С что требует специальных условий для хранения и перевозки, в России есть только единственный производитель-монополист этого реагента. Кроме того, для приготовления состава для очистки поверхности необходимо соблюдать последовательность операций смешивания и нагрева реагентов.

Кроме того, к близким аналогам заявляемого изобретения следует отнести композицию для нормализации радиационной обстановки (патент РФ № 2306622 С1, (Федеральное государственное унитарное предприятие "Инвестиционно-строительный концерн "Росатомстрой", статус- на 02.07.2021 -не действует, весь текст), включающая водный раствор поливинилового спирта и водорастворимые соли, отличающаяся тем, что в качестве водорастворимых солей содержит соли кальция, и/или магния, и/или бария, и/или кадмия, и/или цинка, и/или никеля (II), и/или свинца (II), и/или марганца (II), и/или роданидов натрия и/или аммония, при этом композиция может дополнительно содержать глицерин в количестве 1,0-6,0 мас. %, необходимый для увеличения дезактивирующей способности композиции, снижения твердости и улучшения качества снимаемости покрытия с поверхности, а также 0,1-0,3% сульфонола и азотной кислоты соответственно для улучшения смачивания композицией запыленных и замасленных поверхностей и для увеличения ее дезактивирующей способности. Коэффициент дезактивации пленочных составов для для альфа-излучателей для различных составов находился в диапазоне 1000-1400, для бета-излучателей от 400-600. Авторы изобретения экспериментальным путем подтверждают оптимальный химический состав пленочных композиций для достижения максимальных значений коэффициентов дезактивации и механических свойств пленочных составов. Недостатком композиции следует считать ее сложный химический состав, что существенно может сказаться на ее стоимости.

Близким аналогом также следует отнести способ очистки металлических поверхностей от радиоактивных загрязнений (патент РФ № 2210123, (Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Бочвара), на 26.10.2021 патент не действует, патент перешел в общественное достояние, весь текст) путем нанесения полимерных пленочных составов, включающих 10 масс. % ПВС, 5-15 масс. % H₃PO₄, 3 масс. % глицерина, 0,1 масс. % ПАВ., отдельные составы содержали 5 масс. % H₂SO₄ или 1 масс. % H₂C₂O₄, Для более эффективной дезактивации необходима анодная поляризация поверхности с контролируемыми параметрами тока, что усложняет сам процесс дезактивации поверхностей необходимостью использовать источник тока с необходимыми параметрами.

Сущность прилагаемого технического решения – в улучшении радиационной обстановки и быстрой очистке загрязненных поверхностей операторских помещениий постоянного или периодического пребывания персонала заводских и «горячих» лабораторий, радиохимических комплексов за счет упрощения состава для получения полимерных снимаемых покрытий. При этом обеспечивается высокая очистка загрязненных поверхностей от альфа- и бетта-излучающих радионкулидов. Кроме того, особая эффективность дезактивации и удерживания радионуклидов в полимерной композиции реализуется при применении пленочного состав для альфа-излучателей, а также добавлением комплексообразователя (трилона Б) который химически связывает радионуклиды и не требует специальных условий хранения и менее токсичный, чем глиоксаль.

Пример конкретного выполнения

Специально подготовленные поверхности подложек из нержавеющей стали загрязнялись радионуклидами путем нанесения на мишень сильно разбавленного радиоактивного раствора, полученного в результате растворения отработавшего ядерного топлива в азотной кислоте с последующим самопроизвольным испарением нанесенных аликвот раствора при комнатной температуре на подложке в течении 3 суток. Таким образом наносимый раствор содержал одновременно и альфа- и бетта излучающие радионуклиды.

В предлагаемом способе дезактивации поверхностей полимерными пленочными композициями, предварительно загрязненными радионуклидами на поверхность дисков из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т наносились гелеобразные составы полученные из растворов суспензий, следующего состава

Состав 1- поливиниловый спирт- 12 масс. %, HNO₃- 2,5 масс. %, глицерин- 3,5 масс. %, трилон Б- 0,5 масс. %, ПАВ-0,1 масс. %, или

Состав 2 поливиниловый спирт- 12 масс. %, H₃PO₄- 6 масс. %, глицерин- 3,5 масс. %, трилон Б- 0,5 масс. %, ПАВ-0,1 масс. %,

Нанесенные гелеобразные составы наносились на загрязненные поверхности кисточкой до формирования слоя геля, который покрывал всю загрязненную поверхность полностью. После самопроизвольной полимеризации геля и формирования полимерной пленки они снимались пинцетом, образующая полимерная пленка легко снимается целиком или крупными фрагментами. Загрязненность поверхности до и после нанесения полимерной пленочной композиции измерялась дозиметрическим прибором УИМ-МД. Для измерения скорости счета альфа - излучения использовали детектор БДЗА-2-01, для измерения скорости счета бета - излучения детектор БАБДБ-0-02И2. Погрешность в измерениях уровней загрязненности составила 10-15%

Пример 1. Результаты дезактивации поверхностей из нержавеющей стали , загрязненных альфа- и бетта-излучателями при использовании состава 1 (однократное нанесение)

Результаты дезактивации загрязненных поверхностей при использовании полимерного пленочного состава 1 приведены в таблице 1.

Таблица 1- Уровень загрязненности поверхностей образцов нержавеющей стали до и после нанесения полимерной пленочной композиции состава 1

№ подложки	Уровни загрязнений, α-излучающие радионуклиды, частиц/мин·см2		Коэффициент дезактивации	Уровни загрязнений, β-излучающие радионуклиды, частиц/мин·см2		Коэффициент дезактивации
	исходное	конечное		исходное	конечное
1	5700	198	29	25794	531	49
2	7200	126	57	30354	136	223
3	5700	180	32	31874	182	175
4	6600	114	58	34914	243	144
5	6600	120	55	31874	182	175
6	6300	150	42	36434	227	160
7	6300	162	39	34914	364	96
8	7500	252	30	31874	227	140
9	6600	156	42	39474	653	60
10	6900	210	33	36434	471	77
Кср	-	-	42	-	-	130

Пример 2. Результаты дезактивации поверхностей из нержавеющей стали , загрязненных альфа- и бетта-излучателями при использовании состава 2 (однократное нанесение)

Результаты дезактивации загрязненных поверхностей при использовании полимерного пленочного состава 2 приведены в таблице 2.

Таблица 2- Уровень загрязненности поверхностей образцов нержавеющей стали до и после нанесения полимерной пленочной композиции состава 2

№ подложки	Уровни загрязнений, α-излучающие радионуклиды, частиц/мин·см2		Коэффициент дезактивации	Уровни загрязнений, β-излучающие радионуклиды, частиц/мин·см2		Коэффициент дезактивации
	исходное	конечное		исходное	конечное
1	3300	63	52	25794	2082	12
2	7200	14	500	36434	136	268
3	6600	7	917	39474	106	373
4	6900	75	92	33394	623	54
5	6300	12	525	31874	91	352
6	6000	21	286	28834	212	136
7	5700	16	352	28074	91	310
8	6300	360	18	33394	2538	13
9	6300	14	457	27314	136	201
10	5400	18	300	31874	288	111
Кср	-	-	350	-	-	183

Claims (1)

1. Способ дезактивации, включающий нанесение приготовленной гелеобразной суспензии реагентов на загрязненные радионуклидами поверхности из нержавеющей стали с самопроизвольной полимеризацией геля и последующим формированием защитной снимаемой пленки, отличающийся тем, что в качестве пленкообразующего состава для приготовления суспензии используется следующая композиция исходных компонентов, содержащая: поливиниловый спирт - 11-13 масс.%, и HNO₃ - 2-3 масс.% (или 5-7 масс.% H₃PO₄), и глицерин - 3-4 масс.%, и трилон Б - 0,4-0,6 масс.%, и ПАВ (или стиральный порошок) - 0,05-0,15 масс.%, остальное - вода; суспензия готовится путем смешивания исходных компонентов в заданных пропорциях с водой с последующим нагреванием до 85-90 °С и перемешиванием до формирования прозрачного геля; нанесение сформированного геля проводится кисточкой или распылителем на загрязненные радионуклидами поверхности ровным слоем; формирование защитной снимаемой пленки осуществляется в течение 24 ч от момента нанесения геля.